Investigadores del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Han diseñado y construido un sistema de modelo avanzado que utiliza con éxito cantidades muy pequeñas de materiales magnetocalóricos para lograr un nivel de refrigeración de refrigeración. El desarrollo marca un paso importante en la creación de nuevas tecnologías para reemplazar la refrigeración por compresión de gas de hace 100 años con sistemas de estado sólido hasta un 30 por ciento más eficientes desde el punto de vista energético.

El sistema, denominado CaloriSMART (pequeña estación de prueba modular de escala de investigación avanzada), fue diseñado específicamente para la evaluación rápida de materiales en regeneradores sin una gran inversión de tiempo o fabricación. La prueba inicial sometió una muestra de gadolinio a campos magnéticos secuenciales, haciendo que la muestra alterne entre calentamiento y enfriamiento. Usando bombas temporizadas con precisión para hacer circular el agua durante esos ciclos de calentamiento y enfriamiento, el sistema demostró una potencia de refrigeración sostenida de unos 10 vatios, con un gradiente de 15 grados Celsius (poco menos de 30 ° F) entre los extremos fríos y calientes utilizando solo unos tres centímetros cúbicos de gadolinio.

"A pesar de las predicciones, fracasaríamos debido a las ineficiencias y pérdidas anticipadas, siempre creímos que funcionaría ", dijo el director del proyecto CaloriCool y científico del laboratorio Ames, Vitalij Pecharsky, "pero nos sorprendió gratamente lo bien que funcionó. Es un sistema extraordinario y funciona excepcionalmente bien. La refrigeración magnética cerca de la temperatura ambiente se ha investigado ampliamente durante 20 años, pero este es uno de los mejores sistemas que se ha desarrollado ".

Pecharsky le dio crédito a la científica del proyecto Julie Slaughter y a su equipo por diseñar el sistema que tardó aproximadamente cinco meses en construirse. Se utilizaron capacidades de impresión 3-D para personalizar el colector que contiene la muestra y hace circular el fluido que realmente aprovecha la potencia de enfriamiento del sistema. El sistema también cuenta con imanes personalizados de neodimio-hierro-boro que entregan un campo magnético concentrado de 1.4 Tesla a la muestra. y el sistema de bombeo en línea de precisión que hace circular el fluido.

"Solo necesitamos entre 2 y 5 centímetros cúbicos de material de muestra; en la mayoría de los casos, entre 15 y 25 gramos, ", Dijo Slaughter." Estamos estableciendo el punto de referencia con el gadolinio y sabemos que hay otros materiales que funcionarán aún mejor. Y nuestro sistema debería ser escalable (para refrigeración comercial) en el futuro ".

"Pero la razón principal por la que concebimos y construimos CaloriSMART es para acelerar el diseño y desarrollo de materiales calóricos para que puedan trasladarse al espacio de fabricación al menos dos o tres veces más rápido en comparación con los aproximadamente 20 años que normalmente se necesitan en la actualidad". "añadió Pecharsky, quien también es profesor distinguido de Anston Marston en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Estatal de Iowa.

La prueba magnetocalórica es solo el comienzo. El plan es actualizar el sistema para que funcione con materiales elastocalóricos, que se calientan y enfrían de manera reversible cuando se someten a tensión o compresión cíclica, y materiales electrocalóricos, que hacen el

El colector impreso en 3D que contiene una muestra de gadolinio. lo mismo cuando se somete a un campo eléctrico cambiante. El sistema incluso funcionará en un modo de campo combinado que permite utilizar una combinación de técnicas simultáneamente.

"Hay un puñado de lugares que estudian materiales elastocalóricos y electrocalóricos, "Pecharsky dijo:"pero nadie tiene los tres en un solo lugar y nuestro sistema ahora nos brinda esa capacidad".