Nuevo ciclo de refrigeración basado en materiales magnéticos

En este contexto, investigadores de la Universitat de Barcelona han desarrollado un nuevo ciclo de refrigeración basado en materiales sólidos que evitan utilizar refrigerantes nocivos, y también consume menos que los sistemas que se usan en la actualidad.

¿En qué consiste el ciclo de refrigeración?

El ciclo de refrigeración estudiado por los investigadores de la UB se basa en que ciertos tipos de aleaciones, cuando se ven sometidas a un campo magnético, quedan magnetizadas enfriando el material. La principal novedad de esta investigación es que se ha conseguido que esto se convierta en un ciclo, ya que mediante presión exterior se puede revertir el efecto de la magnetización y devolver el sistema a su estado primario.

Etapas del ciclo de refrigeración

Primero se aplica un campo magnético sobre el material, enfriándolo. Seguidamente se extrae el campo, haciendo que el material se mantenga imantado gracias a la histéresis. La histéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en este caso la imantación, en ausencia del estímulo que la ha generado. En el tercer paso se aplica presión mecánica sobre el material, modificando su estructura cristalina y devolviéndolo a su estado no magnético. Esto calienta el material. La refrigeración ocurre en el cuarto paso, en el que el material absorbe el calor de su entorno. Finalmente se elimina la presión ejercida sobre el material, y este se desmagnetiza entregando el calor absorbido.

Mejoras con respecto a anteriores sistemas de refrigeración magnética

Por un lado, estas investigaciones se han realizado con aleaciones de níquel, manganeso e indio, materiales fácilmente accesibles a diferencia de con los que se trabaja en la actualidad. Y también una serie de materiales que permiten trabajar a temperatura ambiente, lo cual es muy apropiado para los sistemas de enfriamiento de la actualidad.

Este nuevo ciclo también se convierte en más competitivo de cara al mercado. En otros ciclos de refrigeración magnética se necesitaban imanes de un tamaño considerable, lo cual dificultaba la comercialización del proceso, debido a que los imanes son difíciles de conseguir. Pero gracias al último paso incluido en el ciclo, la cantidad de imán necesaria se reduce a la mitad. Y, a su vez, el aprovechamiento de la histéresis evita una pérdida de energía.

Perspectivas de futuro

En la actualidad se han diseñado numerosos prototipos basados en ciclos de refrigeración estrictamente magnéticos (por ejemplo, Astronautics Corporation of America Inc.) que tienen un funcionamiento muy prometedor. La mayoría de estos sistemas utilizan Gd como material refrigerante. Nuestra propuesta está basada en un material menos costoso que presenta una muy buena respuesta térmica tanto a campos magnéticos como mecánicos (compresión).

En la etapa actual hemos demostrado la viabilidad del ciclo propuesto pero aún no hemos llegado a la etapa de diseñado de un prototipo. Este es un aspecto en el que pensamos concentrarnos una vez todas la pruebas de caracterización de los materiales hayan sido completadas.

Con respecto a qué lugar ocuparían este tipo de ciclos magnéticos en el panorama actual de la refrigeración, parece haber cierto consenso al respecto. De hecho, se cree que los dispositivos basados en este tipo de ciclos magnéticos ocuparían el lugar de aquellos aparatos que no requieren grandes descensos de temperatura (entre 15 y 20 ºC). Es decir, podrían sustituir a los aires acondicionados domésticos.

Fuente: Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Barcelona (UB)