Un equipo de investigadores del Instituto Fraunhofer para Técnicas de Medición Física IPM está desarrollando sistemas eficientes de enfriamiento magnetocalórico que funcionan sin refrigerantes dañinos. Los investigadores esperan alcanzar el 50% del máximo nivel de eficiencia con su proceso.
El físico Kilian Bartholomé y su equipo en el Fraunhofer IPM en Friburgo, Alemania, están utilizando el ciclo de calentamiento y enfriamiento generado por la magnetización en sistemas de enfriamiento para desarrollar un concepto de conductividad térmica extremadamente eficiente que elimina la necesidad de refrigerantes perjudiciales para el medio ambiente, como los hidrofluorocarbonos convencionales (HFC), cuyo uso ha sido restringido significativamente por la Unión Europea.
Solución respetuosa con el medio ambiente
Según explica el Instituto Fraunhofer en su web, un sistema de enfriamiento magnetocalórico no requiere refrigerantes dañinos de ningún tipo. Por ello, los investigadores están utilizando una aleación de lantano-hierro-silicio ecológica como material magnetocalórico, que se calienta cuando se aplica un campo magnético y se enfría cuando se elimina dicho campo.
Kilian Bartholomé y su equipo han desarrollado y patentado un procedimiento especial para transferir el calor producido.
El sistema de enfriamiento propuesto por este equipo utiliza calor latente, es decir, la energía requerida por un líquido para convertirse en vapor. Tal y como explica el físico Kilian Bartholomé, «dado que el agua absorbe mucha energía cuando cambia de un estado líquido a un estado gaseoso, utilizamos el proceso de evaporación para transferir el calor. Este es un medio altamente eficiente de transferir la energía térmica».
Inspiración en tuberías de calor
Los investigadores se han inspirado en las tuberías de calor utilizadas, por ejemplo, como colectores de tuberías en sistemas de energía solar, aunque el tubo de calor magnetocalórico desarrollado en Fraunhofer IPM es significativamente más complejo.
Se compone de muchas cámaras pequeñas que contienen el material magnetocalórico. La aleación tiene una estructura finamente porosa para que pueda ser penetrada de manera óptima por el vapor de agua. Para aumentar aún más la eficiencia, los segmentos del tubo de calor se organizan en un patrón circular y se coloca un imán giratorio en el centro.
Implicación de la industria
Se espera que el demostrador genere 300 W de potencia para cuando termine a fin de año. A modo de comparación, el compresor en un refrigerador doméstico produce de 50 a 100 vatios de potencia. El sistema actual ya funciona a una frecuencia muy alta. Los investigadores en Friburgo planean usar el demostrador para romper un récord mundial de sistemas de enfriamiento magnetocalórico con respecto a la frecuencia del sistema. El objetivo a largo plazo es alcanzar el 50% del nivel teórico de máxima eficiencia.
Actores de la industria ya están expresando un gran interés en esta investigación. Entre ellos, la empresa alemana Philipp Kirsch GmbH, que fabrica refrigeradores especiales para laboratorios médicos, farmacias y hospitales. Esta compañía ya está trabajando junto con Fraunhofer IPM en un proyecto patrocinado por el Ministerio Federal de Economía y Tecnología (BMWi) de Alemania. El objetivo de dicho proyecto es poner una unidad de menos de 86 grados en el mercado basada en magnetocalóricas.