El verano está en pleno apogeo en los EE. UU. y la gente está subiendo el aire acondicionado para combatir el calor. Pero los refrigerantes de hidrofluorocarbono en estos y otros dispositivos de enfriamiento son potentes gases de efecto invernadero y los principales impulsores del cambio climático. Hoy, los científicos informan sobre un dispositivo prototipo que algún día podría reemplazar los "aires acondicionados" existentes. Es mucho más ecológico y utiliza refrigerantes sólidos para enfriar un espacio de manera eficiente.

Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la reunión de otoño de la American Chemical Society (ACS).

"Simplemente instalar un acondicionador de aire o desecharlo es un gran impulsor del calentamiento global", dice Adam Slavney, Ph.D., quien presenta este trabajo en la reunión. Los refrigerantes que se utilizan en estos sistemas son miles de veces más potentes que el dióxido de carbono y pueden escaparse accidentalmente de los sistemas cuando se manipulan o desechan.

Los sistemas de refrigeración tradicionales, como los acondicionadores de aire, funcionan haciendo que un refrigerante cambie de gas a líquido. Cuando el líquido se convierte en gas, se expande y absorbe calor, enfriando una habitación o el interior de un refrigerador. Un compresor que funciona entre 70 y 150 libras por pulgada cuadrada (psi) vuelve a convertir el gas en líquido, liberando calor. En el caso de los acondicionadores de aire, este calor se dirige hacia el exterior de la vivienda. Aunque este ciclo es eficiente, las preocupaciones sobre el cambio climático y las regulaciones más estrictas sobre los refrigerantes de hidrofluorocarbono están impulsando la búsqueda de refrigerantes más responsables con el medio ambiente.

Los refrigerantes sólidos podrían ser una solución ideal. A diferencia de los gases, los sólidos no se filtrarán al medio ambiente desde las unidades de aire acondicionado. Una clase de refrigerantes sólidos, llamados materiales barocalóricos, funcionan de manera similar a los sistemas de enfriamiento de gas-líquido tradicionales. Usan cambios de presión para pasar por ciclos de calor, pero en este caso, la presión impulsa un cambio de fase de sólido a sólido. Eso significa que el material permanece sólido, pero la estructura molecular interna cambia. El aspecto estructural clave de estos materiales sólidos barocalóricos es que contienen cadenas moleculares largas y flexibles que suelen ser flojas y desordenadas. Pero bajo presión, las cadenas se vuelven más ordenadas y rígidas, un cambio que libera calor. El proceso de pasar de una estructura ordenada a una relajada es como cera derretida, pero sin que se vuelva líquida, dice Jarad Mason, Ph.D., el investigador principal del proyecto, que se encuentra en la Universidad de Harvard. Cuando se libera la presión, el material reabsorbe el calor, completando el ciclo.

Sin embargo, una desventaja de los sistemas barocalóricos es que la mayoría de estos materiales requieren presiones masivas para impulsar los ciclos de calor. Para producir estas presiones, los sistemas necesitan equipos costosos y especializados que no son prácticos para las aplicaciones de enfriamiento del mundo real. Mason y su equipo informaron recientemente sobre materiales barocalóricos que pueden actuar como refrigerantes a presiones mucho más bajas. Ahora han demostrado que los refrigerantes, llamados perovskitas de halogenuros metálicos, pueden funcionar en un sistema de refrigeración que han construido desde cero. "Los materiales que informamos pueden circular a aproximadamente 3000 psi, que son presiones a las que puede funcionar un sistema hidráulico típico", dice Slavney.

El equipo ahora ha construido un prototipo único en su tipo que demuestra el uso de estos nuevos materiales en un sistema de enfriamiento práctico. El dispositivo tiene tres partes principales. Uno es un tubo de metal lleno de refrigerante sólido y un líquido inerte, agua o aceite. Otra pieza del dispositivo es un pistón hidráulico que aplica presión al líquido. Finalmente, el líquido ayuda a transferir esa presión al refrigerante y ayuda a transportar el calor a través del sistema.

Después de resolver varios desafíos de ingeniería, el equipo demostró que los materiales barocalóricos funcionan como refrigerantes funcionales, convirtiendo los cambios de presión en ciclos completos de cambio de temperatura. "Nuestro sistema aún no usa presiones tan bajas como las de los sistemas de refrigeración comercial, pero nos estamos acercando", dice Mason. Según el conocimiento del equipo, este es el primer sistema de refrigeración en funcionamiento que utiliza refrigerantes de estado sólido que dependen de los cambios de presión.

Con el dispositivo ahora en la mano, el equipo planea probar una variedad de materiales barocalóricos. "We're really hoping to use this machine as a testbed to help us find even better materials," says Slavney, including ones that work at lower pressures and that conduct heat better. With an optimal material, the researchers believe solid-state refrigerants could become a viable replacement for current air conditioning and other cooling technologies. + Explora más

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