Diseñan un sistema para reemplazar la refrigeración por compresión de gas

Utiliza materiales magnetoeléctricos, tiene una potencia de enfriamiento sostenida de 10W y un gradiente de 15°C entre los extremos fríos y calientes.

Calorismart

Investigadores del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de Estados Unidos, diseñaron y construyeron un sistema avanzado que utiliza cantidades muy pequeñas de materiales magnetocalóricos para lograr un enfriamiento a nivel de refrigeración. Este desarrollo marca un paso importante en la creación de nuevas tecnologías para reemplazar la refrigeración por compresión de gas, con sistemas de estado sólido que tienen hasta un 30 por ciento más de eficiencia energética.

El sistema fue llamado CaloriSMART (las siglas SMART provienen de Small Modular Advances Research-scale Test-station), y fue diseñado específicamente para la evaluación rápida de materiales en regeneradores sin una gran inversión en tiempo o fabricación.

La prueba inicial sometió una muestra de gadolinio a campos magnéticos secuenciales, haciendo que la muestra alternara entre calentamiento y enfriamiento. Utilizando bombas de tiempo preciso para hacer circular el agua durante esos ciclos de calentamiento y enfriamiento, el sistema demostró una potencia de enfriamiento sostenida de aproximadamente 10 vatios, con un gradiente de 15 grados Celsius entre los extremos fríos y calientes usando solo tres centímetros cúbicos de gadolinio.

EL SISTEMA
DENOMINADO
CALORISMART FUE DISEÑADO PARA LA EVALUACIÓN RÁPIDA DE MATERIALES EN REGENERADORES SIN UNA GRAN INVERSIÓN EN TIEMPO O
FABRICACIÓN.

“Nos sorprendió gratamente lo bien que funcionó. Es un sistema notable y funciona excepcionalmente bien. La refrigeración magnética cerca de la temperatura ambiente se ha investigado ampliamente durante 20 años, pero este es uno de los mejores sistemas que se ha desarrollado”, dijo Vitalij Pecharsky, director del proyecto y científico del laboratorio Ames.

Heladeras

El sistema tomó aproximadamente cinco meses para su construcción. En el proceso se usó la impresión 3D para construir de forma personalizada el colector que contiene la muestra y hace circular el fluido que aprovecha el poder de enfriamiento. Además, tiene imanes personalizados de neodimio-hierro-boro que entregan un campo magnético concentrado de 1,4 Tesla a la muestra, y el sistema de bombeo en línea de precisión que hace circular el fluido.

“Solo necesitamos 2-5 centímetros cúbicos de material de muestra, en la mayoría de los casos unos 15-25 gramos. Estamos estableciendo el punto de referencia con el gadolinio y sabemos que hay otros materiales que funcionarán aún mejor. Y nuestro sistema debería ser escalable (para enfriamiento comercial) en el futuro”, indicó Pecharsky.

El motivo de su creación

La razón principal por la que los científicos construyeron el CaloriSMART, es acelerar el diseño y desarrollo de materiales calóricos para que puedan trasladarse al espacio de fabricación al menos dos o tres veces más rápido en comparación con los veinte años que normalmente lleva hoy.

La prueba magnetocalórica es solo el comienzo. El plan es actualizar el sistema para que funcione con materiales elastocalóricos que se calientan y enfrían de forma reversible cuando se someten a tensión o compresión cíclica, y materiales electrocalóricos, que hacen lo mismo cuando están sujetos a un campo eléctrico cambiante. El sistema incluso operará en un modo de campo combinado que permite que una mezcla de técnicas se use simultáneamente.

“Hay un puñado de lugares que estudian los materiales elastocalóricos y electrocalóricos, pero nadie tiene los tres en un solo lugar y nuestro sistema ahora nos brinda esa capacidad”, destacó el investigador.

Más información: www.ameslab.gov

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