Puede usarse para enfriar o calentar el aire en una habitación o para enfriar o calentar líquidos. Y parece que Q, el especialista en tecnología y artífice de las películas de James Bond, podría haber ideado. El dispositivo prototipo, que ha sido desarrollado por un equipo de investigación dirigido por los profesores Stefan Seelecke y Andreas Schütze en la Universidad de Saarland, es capaz de transferir calor utilizando "músculos" hechos de níquel-titanio. Níquel-titanio o nitinol, como se conoce a menudo, es un material con memoria de forma que libera calor a su entorno cuando se carga mecánicamente en su estado superelástico y absorbe calor de su entorno cuando se descarga. Esta propiedad inusual es la razón por la que el nitinol también se conoce como una 'aleación inteligente' o como 'alambre muscular'. Este efecto ha sido aprovechado por los investigadores de Saarbrücken, que han desarrollado un sistema de calefacción y refrigeración ecológico que es dos o tres veces superior. más eficiente que los dispositivos convencionales de calefacción y refrigeración.

La Comisión de la UE y el Departamento de Energía de EE. UU. Han evaluado el nuevo proceso y lo consideran la tecnología alternativa más prometedora a los sistemas de refrigeración por compresión de vapor existentes.

El equipo de ingenieros de Saarbrücken exhibirá su tecnología en la Hannover Messe de este año del 1 al 5 de abril en el stand de investigación e innovación de Saarland (pabellón 2, Stand B46).

Las reglas son lo suficientemente claras:para enfriar algo, necesitas quitarle el calor. Y calentar algo se le debe suministrar energía térmica. El sistema prototipo que han desarrollado los ingenieros de la Universidad de Saarland hace ambas cosas. Pero su sistema transporta calor mediante un método novedoso que evita los problemas y desventajas asociados con los sistemas convencionales de calefacción y refrigeración. "Nuestro sistema prescinde de los refrigerantes convencionales que son tan dañinos para el medio ambiente, "explica el profesor Andreas Schütze de la Universidad de Saarland, un experto en el campo de la tecnología de sensores y medición.

El principio subyacente es simple y esencialmente implica someter una aleación con memoria de forma (SMA) en particular, en este caso níquel-titanio, a ciclos de carga / descarga controlados. "Las transiciones de fase resultantes que ocurren en la red cristalina de la aleación liberan o absorben el calor latente, dependiendo de en qué parte del ciclo se encuentre el material, "dice el profesor Stefan Seelecke, quien tiene la Cátedra en Sistemas de Materiales Inteligentes en la Universidad de Saarland. Este efecto es particularmente pronunciado en alambres de níquel-titanio. "Cuando los alambres de nitinol pretensados ​​se descargan a temperatura ambiente, se enfrían hasta 20 grados, "dice Felix Welsch, que ha estado trabajando en el prototipo como parte de su proyecto de investigación doctoral, junto con su colega de equipo Susanne-Marie Kirsch. Este fenómeno permite eliminar el calor del sistema. "Cuando los cables se cargan mecánicamente, se calientan en una cantidad similar, para que el proceso también se pueda utilizar como bomba de calor, "explica Welsch.

El prototipo es la primera máquina en funcionamiento continuo que enfría el aire mediante este proceso. El equipo ha diseñado y desarrollado una unidad de leva con patente pendiente cuya rotación asegura que los haces de cables de nitinol de 200 micrones de espesor se carguen y descarguen alternativamente de tal manera que el calor se transfiera de la manera más eficiente posible. Se sopla aire a través de los haces de fibras en dos cámaras separadas:en una cámara se calienta el aire, en el otro se enfría. Por tanto, el dispositivo puede funcionar como bomba de calor o como frigorífico.

Pero lo que suena tan simple resulta difícil y complejo de implementar. Los ingenieros de la Universidad de Saarland y de Zema (Centro de Mecatrónica y Tecnología de Automatización) en Saarbrücken han pasado varios años trabajando en el problema en diferentes proyectos, incluido el programa prioritario financiado por DFG "Refrigeración ferroica". Usando una combinación de investigaciones experimentales y modelado numérico, pudieron identificar cómo maximizar la eficiencia del mecanismo subyacente, el nivel de carga de alambre necesario para lograr un grado específico de enfriamiento, la velocidad de rotación ideal y cuántos cables de nitinol deben incluirse en un paquete. "Cuanto mayor sea la superficie, cuanto más rápida sea la transferencia de calor, es por eso que los paquetes de cables brindan las mejores capacidades de enfriamiento, ", explica Susanne-Marie Kirsch." Utilizamos una cámara termográfica para analizar con precisión cómo proceden las etapas de calentamiento y enfriamiento ". Como resultado de su trabajo de investigación, el equipo de ingeniería ahora tiene una serie de parámetros que pueden ajustar para adaptar su sistema a las diferentes necesidades. "Hemos tomado los resultados obtenidos hasta ahora y hemos desarrollado un programa de software que nos permite ajustar con precisión nuestra tecnología de calefacción y refrigeración en una computadora para aplicaciones específicas. Una vez que se ha completado el modelado y la planificación por computadora, entonces el sistema se puede construir, "explica Kirsch.

Esta investigación básica bien puede tener interesantes aplicaciones industriales, porque la nueva tecnología de calefacción y refrigeración desarrollada en Saarbrücken es muy eficiente. Dependiendo de la aleación utilizada, la potencia de calentamiento o enfriamiento del sistema es hasta treinta veces mayor que la potencia mecánica requerida para cargar y descargar los haces de alambres de aleación. Eso ya hace que el nuevo sistema sea al menos dos veces más bueno que una bomba de calor convencional y tres veces mejor que un refrigerador convencional. "Nuestra nueva tecnología también es respetuosa con el medio ambiente y no daña el clima, ya que el mecanismo de transferencia de calor no utiliza líquidos ni vapores. Entonces, el aire en un sistema de aire acondicionado se puede enfriar directamente sin la necesidad de un intercambiador de calor intermedio, y no tenemos que usar sin fugas, tubería de alta presión, "explica el profesor Seelecke.

Actualmente, el equipo está trabajando para optimizar aún más la transferencia de calor dentro del sistema para aumentar aún más la eficiencia de la nueva tecnología. "Nuestro objetivo es llegar a una etapa en la que casi toda la energía de la transición de fase se utilice para calefacción o refrigeración, "dice el estudiante de doctorado Felix Welsch.