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Sistema de enfriamiento magnético basado en aleaciones con memoria de forma

07.10.2018

Los refrigeradores modernos son bastante diferentes de sus predecesores en su forma, la presencia de pantallas táctiles y un conjunto más completo de funciones. Pero dentro de los refrigeradores más modernos se encuentran todos los mismos intercambiadores de calor, tuberías, refrigerantes y compresores, cuyo funcionamiento proporciona una parte bastante sensible de las facturas totales de electricidad utilizada. Las tecnologías de enfriamiento magnético se consideran una de las direcciones prometedoras para un mayor desarrollo de las tecnologías de refrigeración, y recientemente un grupo de investigadores europeos, después de haber creado un sistema magnético experimental, demostró que las aleaciones especiales con la llamada memoria de forma pueden convertirse en una solución para la mayoría de los problemas conocidos.

Los sistemas de refrigeración magnética funcionan por el efecto magnetocalórico, lo que significa que ciertos materiales cambian de temperatura cuando se les aplica un campo magnético. Esta tecnología, aunque se considera una dirección muy prometedora, aún está lejos de su uso práctico debido a la complejidad de su implementación. Los sistemas de enfriamiento magnético a menudo requieren imanes con devanados superconductores, que a su vez requieren un costoso enfriamiento a temperatura ultrabaja.

Para resolver los problemas anteriores, los investigadores de la Universidad Técnica de Darmstadt y el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Alemania, utilizaron una combinación única de imanes y aleaciones especiales. Los imanes utilizados estaban hechos de una aleación de hierro, boro y neodimio, mientras que las aleaciones con memoria de forma consistían en níquel, manganeso e indio.

Los imanes resultantes son los imanes permanentes más fuertes del mundo, capaces de producir un campo magnético 40 veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra. Y la aleación especial antes mencionada, mientras tanto, proporciona la máxima caída de temperatura bajo la influencia de un campo magnético. Además, la aleación puede volver a su forma original después de ser deformada.

El ciclo de operación del sistema de enfriamiento magnético es bastante complicado y consta de seis pasos. En el primer paso, que dura solo un milisegundo, la aleación se expone a un campo magnético y se enfría. Luego se elimina la influencia del campo magnético y la aleación emite su frío a través del disipador de calor. La aleación se calienta, pero permanece, al mismo tiempo, en estado magnetizado. Después de eso, la aleación es comprimida por un rodillo especial, que la calienta aún más, hace que cambie la estructura interna del material, que pierde la magnetización residual. Después de eso, la aleación recupera su forma original y queda lista para repetir el ciclo.

El prototipo del nuevo sistema de enfriamiento magnético es solo una demostración de cómo el uso de aleaciones con memoria de forma puede reducir la cantidad de imanes permanentes necesarios, la parte más costosa de la tecnología. Pero para 2022, los científicos alemanes ya planean construir una unidad de refrigeración magnética de mayor escala de un nuevo tipo, que les permitirá medir los parámetros de su operación, incluida la profundidad de enfriamiento, además de evaluar los parámetros energéticos y económicos de su operación.

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