Un motor experimental aprovecha la diferencia térmica entre el suelo y el cielo nocturno para producir hasta 400 mW/m² de energía mecánica.
- Motor funciona con calor de la Tierra + frío del espacio.
- Solo necesita estar al aire libre, de noche.
- No quema combustibles, cero emisiones.
- Ideal para zonas secas y cielos despejados.
- Ya mueve ventiladores y genera electricidad.
- Hasta 400 milivatios por metro cuadrado.
Energía mecánica uniendo el calor terrestre con el frío espacial
Un equipo de ingenieros de la Universidad de California en Davis ha desarrollado un motor experimental capaz de generar energía mecánica durante la noche utilizando únicamente la diferencia de temperatura entre la superficie terrestre y el frío extremo del espacio.
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Este avance, liderado por el profesor Jeremy Munday y el investigador Tristan Deppe, se basa en una tecnología conocida, pero poco explorada en este contexto: el motor Stirling.
A diferencia de los motores convencionales, que dependen de combustibles fósiles o grandes saltos térmicos, el motor Stirling puede funcionar con diferencias térmicas mínimas.
Esto lo hace especialmente interesante para aplicaciones donde no hay acceso directo a fuentes de calor intensas. Un simple ejemplo: la diferencia de temperatura entre una taza de café caliente y el aire del entorno ya basta para que funcione.
¿Qué es un motor Stirling?
Un motor Stirling es un motor térmico que transforma diferencias de temperatura en movimiento mecánico usando un gas encerrado que se expande al calentarse y se contrae al enfriarse. Esa oscilación hace mover un pistón y genera energía útil. Como la fuente de calor está fuera del motor, puede funcionar con calor solar, calor residual de procesos industriales o incluso con contrastes tan suaves como el suelo templado y el cielo frío durante la noche.
Su mayor atractivo es que no necesita combustión y trabaja de forma silenciosa, con poco mantenimiento y una eficiencia notable cuando las condiciones son estables. Por eso está volviendo a ganar terreno en proyectos de generación distribuida, microcogeneración doméstica y prototipos que buscan aprovechar energía ambiental sin emisiones, especialmente en contextos donde cada pequeña diferencia térmica cuenta.
Cómo se aprovecha el frío del espacio
El equipo encontró una forma ingeniosa de mantener el motor activo durante la noche sin necesidad de combustión. La clave está en el enfriamiento radiativo: el mismo fenómeno por el que sentimos frío cuando estamos bajo un cielo despejado.
El dispositivo, colocado sobre el suelo, usa una antena radiativa para conectar térmicamente con el espacio profundo —que se encuentra a unos -270 °C—. El suelo, que retiene parte del calor absorbido durante el día, actúa como la fuente caliente. Así, el motor queda «atrapado» entre dos temperaturas muy diferentes: la Tierra aún tibia y el espacio helado.
Esta configuración ha demostrado ser efectiva. Después de un año de pruebas al aire libre, los investigadores lograron generar al menos 400 milivatios de potencia mecánica por metro cuadrado. Aunque no parece mucho en términos absolutos, esta cantidad es suficiente para alimentar pequeños ventiladores o generar electricidad de forma continua durante la noche.
En lugares con cielos despejados y poca humedad —como desiertos o altiplanos—, su rendimiento mejora notablemente.
Imagen: La imagen describe cómo este motor Stirling genera movimiento solo con el contraste térmico nocturno entre el suelo y el cielo.
Arriba, la placa superior queda expuesta al cielo despejado. Durante la noche, ese contacto radiativo hace que pierda calor rápidamente y se enfríe. Por eso se muestran flechas azules ascendentes: representan el calor que se escapa hacia el espacio.
Abajo, la placa inferior está apoyada sobre el suelo, que mantiene parte del calor absorbido durante el día. Las flechas rojas indican ese calor que asciende y mantiene la base del motor algo más templada.
Con esa diferencia —superior fría, inferior caliente— el gas dentro del motor Stirling se expande y se contrae de forma alternada. Esa oscilación empuja el pistón y hace girar la rueda que aparece en el centro. Dicho de forma simple: la imagen muestra cómo el motor convierte un contraste térmico muy suave, generado de manera natural durante la noche, en movimiento mecánico.
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Las gráficas muestran cómo cambia la radiación, la temperatura y el rendimiento del motor Stirling a lo largo del final de la tarde y la noche. Cada panel refleja un aspecto distinto del funcionamiento.
Gráfica B – Irradiación (W/m²)
Aquí se ve cómo la radiación solar (zona azul) cae bruscamente al atardecer. Una vez oscurece, solo queda la radiación infrarroja ambiental (zona gris), que disminuye más lentamente durante la noche. Esta transición es clave porque marca el momento en que la placa superior del motor puede empezar a enfriarse por radiación hacia el cielo.
Gráfica C – Temperaturas (°C)
Se comparan tres temperaturas:
Bottom (rojo): la placa inferior apoyada en el suelo, que pierde calor despacio porque el suelo lo retiene.
Air (gris): el aire ambiente, que baja de temperatura, pero con fluctuaciones normales de la noche.
Top (azul): la placa superior, que se enfría con mayor rapidez gracias al contacto radiativo con el cielo nocturno.
La lectura es clara: la placa superior se mantiene varios grados más fría que la inferior. Ese contraste térmico es el que alimenta el ciclo del motor Stirling.
Gráfica D – Frecuencia del motor y diferencia de temperatura
La línea naranja muestra la diferencia de temperatura (ΔT) entre la placa inferior y la placa superior. La línea negra muestra la frecuencia de giro del motor (Hz). Ambas aumentan al inicio de la noche, cuando el contraste térmico se establece, y luego se estabilizan. Cuanto mayor es el ΔT, más rápido funciona el motor. Cuando ΔT baja, la frecuencia también tiende a disminuir.
En conjunto, estas gráficas documentan cómo el motor aprovecha la caída de la radiación solar y el enfriamiento rápido de la placa superior para generar un gradiente térmico suficiente para mantener el giro durante horas nocturnas.
La figura muestra cómo el motor Stirling por enfriamiento radiativo convierte un pequeño gradiente térmico en potencia útil —mecánica, eléctrica y de ventilación— y cómo ese rendimiento puede aplicarse a invernaderos y edificios.
(A) El gráfico relaciona la potencia mecánica del motor con la diferencia de temperatura (ΔT) entre sus placas. Cada color corresponde a una temperatura distinta de la placa fría. A mayor ΔT, mayor potencia. Las líneas inclinadas representan el rendimiento teórico posible para motores con diferentes valores del número de West (F), que mide la calidad del diseño. Se observa que el motor real se acerca a estos límites de forma razonable, aunque lejos del máximo impuesto por el ciclo de Carnot.
(B) Este panel analiza la conversión de potencia mecánica en eléctrica. Se barre el voltaje del pequeño motor de corriente continua acoplado al eje del Stirling. La curva en forma de parábola (ajustes rojos) indica el punto de máxima potencia eléctrica para cada ΔT. Los datos muestran que el motor puede generar microvatios aprovechables, suficientes para sensores o electrónica de bajo consumo. El recuadro muestra cómo va montado el motor en el experimento.
(C) La gráfica de barras divide la potencia disponible cuando el motor eléctrico está conectado: la parte clara corresponde a la potencia mecánica aún disponible, y la parte más oscura representa las pérdidas recuperables del motor de CC (fricción, resistencia interna). A medida que ΔT aumenta, ambas columnas crecen, lo que confirma que el sistema escala casi linealmente con la diferencia térmica nocturna.
(D) Muestra el motor equipado con una hélice axial, que transforma el giro en flujo de aire. Se emplea un anemómetro de hilo caliente para medir la velocidad del aire en distintos puntos frente al ventilador.
(E) Mapa de la velocidad del aire generada por la hélice cuando la placa caliente está a 29 °C y la fría a 7 °C. El color indica la intensidad del flujo: más claro significa mayor velocidad. Los círculos blancos marcan los puntos donde se tomaron las mediciones. El patrón circular confirma que el motor puede mover aire de forma estable y concentrada en el eje principal.
(F) Relaciona la velocidad del aire (puntos negros) y la frecuencia de giro (puntos azules) con el ΔT. A medida que la diferencia térmica crece, el ventilador impulsa más aire y el motor gira más rápido. Las zonas sombreadas indican valores de interés práctico:
En gris, el rango de velocidades adecuado para mover CO₂ dentro de invernaderos, lo que mejora la fotosíntesis y el crecimiento de plantas.
En naranja, el rango recomendado por ASHRAE para el confort térmico en interiores.
El mensaje general es claro: incluso con gradientes térmicos modestos, un motor Stirling por enfriamiento radiativo puede generar potencia mecánica aprovechable, producir electricidad y mover aire a velocidades útiles para aplicaciones reales en agricultura y eficiencia energética.
¿Para qué sirve hoy esta tecnología?
Aunque aún se encuentra en etapa experimental, el potencial de esta tecnología es muy concreto. Podría servir para:
Ventilación nocturna pasiva en invernaderos, evitando el uso de energía eléctrica cuando no hay sol.
Sistemas de refrigeración sin electricidad, especialmente en viviendas rurales o zonas sin red eléctrica estable.
Sensores autónomos, que requieren poca energía y funcionan en exteriores todo el año.
Además, al no depender de baterías ni combustibles, es una solución especialmente resiliente y de bajo mantenimiento.
La figura muestra un mapa global del rendimiento potencial de un motor basado en enfriamiento radiativo, calculado para dos momentos del año —enero y julio de 2023— usando promedios mensuales de temperatura superficial y radiación infrarroja descendente obtenidos por satélites de NASA.
(A) y (B) presentan la diferencia de temperatura (ΔT) que podría lograrse entre un radiador expuesto al cielo y una superficie terrestre. En ambos mapas, los colores más claros indican mayores diferencias térmicas, que se concentran en zonas áridas, altiplanos y regiones frías con cielos despejados. En enero destacan partes del Sáhara, Australia central y el oeste de Estados Unidos. En julio, el patrón se desplaza siguiendo la estacionalidad: el norte de África, Oriente Medio y las mesetas asiáticas muestran los ΔT más altos. Estas diferencias térmicas, que pueden superar los 15–20 °C, son las que permiten que el motor Stirling funcione durante la noche.
(C) y (D) muestran la potencia máxima teórica que un motor limitado por el ciclo de Carnot podría obtener a partir de esas diferencias de temperatura. Los valores más altos rondan los 6 W/m² y se localizan en las mismas zonas óptimas del mapa superior: desiertos, regiones secas y zonas de gran altitud, donde la atmósfera contiene menos vapor de agua y, por tanto, menos radiación infrarroja descendente que reduzca el enfriamiento radiativo. En condiciones de cielo muy despejado, los autores indican que estos valores podrían superar los 8 W/m².
En conjunto, la figura ilustra que este tipo de motor funciona mejor en ambientes secos y diáfanos, donde el cielo nocturno permite una pérdida de calor más eficiente. Muestra también cómo la viabilidad de esta tecnología cambia con la estación, influida por la dinámica global del clima, la humedad y la radiación.
En regiones donde las temperaturas bajan rápidamente tras la puesta del sol, como en zonas áridas, este tipo de motor podría convertirse en una herramienta clave para mejorar la eficiencia energética de pequeñas instalaciones.
Avances recientes y contexto tecnológico
Este desarrollo se enmarca en una tendencia creciente: aprovechar los flujos de energía naturales sin intervención humana directa.
Tecnologías similares han sido exploradas en otros ámbitos. Por ejemplo, en 2023, investigadores en Arabia Saudita probaron sistemas de generación nocturna de electricidad mediante enfriamiento radiativo inverso, combinando paneles especiales y pequeños generadores termoeléctricos. Aunque las potencias eran bajas, apuntaban a usos similares: carga de sensores, iluminación LED o equipos de bajo consumo.
También en Europa se han financiado proyectos piloto orientados a integrar sistemas de energía radiativa en arquitectura sostenible, aprovechando tanto el calor del día como el enfriamiento nocturno para reducir la dependencia de climatización activa.
Potencial
La verdadera fuerza de este tipo de tecnologías no está en su potencia individual, sino en su escalabilidad silenciosa. Son dispositivos que funcionan solos, sin ruido ni emisiones, y aprovechan condiciones naturales sin alterarlas.
Un motor Stirling acoplado a una antena radiativa podría integrarse en tejados, fachadas o suelos urbanos, generando pequeños flujos de energía que suman, sobre todo durante la noche, cuando otras fuentes como la solar no operan.
Además, su sencillez lo hace especialmente prometedor para el Sur Global, donde muchas comunidades viven sin acceso estable a la electricidad. Un sistema que funcione por la noche, sin necesidad de baterías costosas, puede cubrir necesidades básicas como ventilación, iluminación o refrigeración de medicamentos.
Frente a una crisis climática que exige soluciones locales, de bajo impacto y de rápida implementación, esta tecnología ofrece una vía poco explorada pero profundamente lógica: dejar que el planeta respire por sí mismo, y usar esa respiración para generar energía limpia, cuando más se necesita.