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Diseñan un nuevo ciclo de refrigeración basado en materiales magnéticos

Científicos del departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Barcelona (UB) han desarrollado un nuevo método de refrigeración basado en materiales magnéticos.

El efecto de refrigeración tiene lugar en el cuarto paso, cuando el material absorbe calor del entorno. Después —quinto paso—, se elimina la presión y el material se mantiene en este nuevo estado en el que ya ha quedado desmagnetizado. Finalmente, la aleación entrega calor al entorno y así se cierra el ciclo. Imagen de la UB.

El efecto de refrigeración tiene lugar en el cuarto paso, cuando el material absorbe calor del entorno. Después —quinto paso—, se elimina la presión y el material se mantiene en este nuevo estado en el que ya ha quedado desmagnetizado. Finalmente, la aleación entrega calor al entorno y así se cierra el ciclo. Imagen de la UB.

El trabajo, que publica la revista Nature Materials, podría suponer un considerable ahorro energético, ya que el 17 % del gasto energético mundial se destina a la refrigeración doméstica e industrial, un consumo que irá en aumento con el cambio climático, sobe todo en los países emergentes, según han señalado sus autores.

Actualmente la refrigeración está basada en los fluorocarburos, unos gases que provocan efecto invernadero y que en los próximos años deberán sustituirse por otras alternativas.
Una de las opciones es crear sistemas de refrigeración basados en el estado sólido, y dentro de éstos, los materiales que se basan en el uso de campos magnéticos para enfriar.

En esta línea se ha desarrollado la investigación de la UB, liderada por los catedráticos Lluís Mañosa y Antonio Planes y el doctorando Adrià Gracia, en colaboración con el profesor Oliver Gutfleisch, de la Universidad Técnica de Darmstadt (Alemania), y el doctor Tino Gottschall, del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).

Estos investigadores han diseñado un ciclo de enfriamiento en seis pasos basado en la “memoria magnética” de ciertas aleaciones.

“Ciertos tipos de aleaciones, cuando son sometidos a un campo magnético, quedan magnetizados, y además en este proceso el material se enfría”, ha explicado Mañosa.

“Lo que hemos descubierto en este trabajo -ha detallado- es que cuando aplicamos una presión exterior podemos revertir el efecto de la magnetización y devolver el sistema a su estado original. Este paso es necesario para establecer un ciclo cerrado”.

Modificar la estructura cristalina


El ciclo de refrigeración desarrollado por los investigadores está formado por seis pasos: primero se aplica el campo magnético y el material se enfría; luego se extrae el campo de manera que el material se mantiene imantado gracias a la histéresis y en tercer lugar se aplica presión mecánica sobre el material, lo que permite modificar la estructura cristalina y devolverlo a su estado no magnético vez que el material se calienta.

El efecto de refrigeración tiene lugar en el cuarto paso, cuando el material absorbe calor del entorno y en el quinto se elimina la presión y el material se mantiene en este nuevo estado en el que ya ha quedado desmagnetizado.

Finalmente, la aleación entrega calor al entorno y así se cierra el ciclo.

Para su trabajo, los investigadores han utilizado una aleación magnetocalórica de níquel, manganeso e indio (Ni-Mn-In) que permite trabajar a temperatura ambiente y son de fácil acceso.

Entre los físicos, hay cierto consenso en torno a la idea de que este tipo de materiales magnetocalóricos pueden llegar a ser más eficientes que los sistemas actuales, y que los dispositivos basados en estos materiales podrían llegar a sustituir a los aparatos que no requieren grandes bajadas de temperatura, de entre 15 y 20°C, como los aires acondicionados domésticos. EFEfuturo
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