• Imprimeix

Nou cicle de refrigeració basat en materials magnètics

Investigadors del departament de Física de la Matèria Condensada de la Universitat de Barcelona (UB) han dissenyat un cicle de refredament en sis passos basat en la «memòria magnètica» de certs aliatges. En la seva recerca han creat un sistema de refrigeració que es fonamenta en l’estat sòlid, concretament en materials que utilitzen camps magnètics per refredar. Actualment, aquests materials són una de les alternatives que segueix la recerca en el camp de la refrigeració.

30/11/2018 10:11
R142_UNI_refrigeracio materials magnetics

Cicle de refrigeració amb imants en sis passes.

Un 17 % de la despesa energètica mundial es destina a la refrigeració domèstica i industrial. El consum s’ha disparat principalment en països emergents i es preveu que en pocs anys la despesa en refrigeració superi la que es dedica a generar calor, sobretot a causa del canvi climàtic. La tecnologia actual que s’utilitza per a la refrigeració està basada en els fluorocarburs, uns gasos que provoquen efecte d’hivernacle i que en els pròxims anys s’hauran de substituir per alternatives.

El cicle de refrigeració desenvolupat pels investigadors està format per sis passos. En el primer, s’aplica el camp magnètic i el material (l’aliatge) es refreda. En el següent, s’extreu el camp de manera que el material es manté imantat gràcies a la histèresi. En el tercer pas, s’aplica pressió mecànica sobre el material, la qual cosa permet modificar-ne l’estructura cristal·lina i tornar-lo al seu estat no magnètic alhora que el material s’escalfa. L’efecte de refrigeració de l’entorn té lloc en el quart pas, quan el material n’absorbeix la calor. En el cinquè, s’elimina la pressió i el material es manté en el nou estat en què ja ha quedat desmagnetitzat. Finalment, l’aliatge allibera calor a l’entorn i així es tanca el cicle.

Per a aquesta recerca, els investigadors han utilitzat un aliatge magnetocalòric de níquel, manganès i indi (Ni–Mn–In) que permet treballar a temperatura ambient. A més, els materials que constitueixen l’aliatge són fàcils d’aconseguir. Pel que fa al procés, certs tipus d’aliatges, quan són sotmesos a un camp magnètic, queden magnetitzats —fins i tot quan s’extreu aquest camp magnètic— i, a més, en aquest procés el material es refreda. El que han descobert els investigadors és que, quan s’aplica una pressió exterior, es pot revertir l’efecte de la magnetització i el sistema torna al seu estat original, un pas necessari per establir un cicle tancat.

Per raons tecnològiques, el cicle de refrigeració magnètica necessita l’ús d’imants permanents. Aquests imants estan basats en terres rares, uns minerals extremadament costosos i que, a més, s’obtenen mitjançant processos molt contaminants. Però, en el nou pas que han inclòs en el cicle de refrigeració, es redueix considerablement la mida dels imants que es necessiten, i d’aquesta manera es guanya competitivitat. Fins ara, per a cada part de material refrigerant es requeria quatre vegades més quantitat d’imant. El nou cicle és més competitiu, ja que només cal la meitat d’imant.

La recerca ha estat liderada pels catedràtics Lluís Mañosa i Antoni Planes, i el doctorand Adrià Gràcia, en col·laboració amb el professor Oliver Gutfleisch, de la Technische Universität Darmstadt (Alemanya), i el doctor Tino Gottschall, del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).

 

T. Gottschall et al., A multicaloric cooling cycle that exploits thermal hysteresis,
Nature Materials, 17, 929–934(2018). DOI: 10.1038/s41563-018-0166-6.