Notícies

Inici  >  Notícies > Investigadors de la UB desenvolupen un nou cicle de refrigeració basat en materials...

Investigadors de la UB desenvolupen un nou cicle de refrigeració basat en materials magnètics

El cicle de refrigeració desenvolupat pels investigadors està format per sis passos. En el primer, s’aplica el camp magnètic i el material 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 té lloc en el quart pas, quan el material absorbeix calor de l’entorn. En el cinquè, s’elimina la pressió i el material es manté en aquest nou estat en el qual ja ha quedat desmagnetitzat. Finalment, l’aliatge lliura calor a l’entorn i així es tanca el cicle.

El cicle de refrigeració desenvolupat pels investigadors està format per sis passos. En el primer, s’aplica el camp magnètic i el material 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 té lloc en el quart pas, quan el material absorbeix calor de l’entorn. En el cinquè, s’elimina la pressió i el material es manté en aquest nou estat en el qual ja ha quedat desmagnetitzat. Finalment, l’aliatge lliura calor a l’entorn i així es tanca el cicle.

Esquema d'un mecanisme de refrigeració basat en la memòria magnètica.

Esquema d'un mecanisme de refrigeració basat en la memòria magnètica.

Model de refrigeració magnètica convencional.

Model de refrigeració magnètica convencional.

03/10/2018

Recerca

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

Una de les opcions de canvi és la creació de sistemes de refrigeració basats en l’estat sòlid, i dins d’aquests, els materials que es basen en l’ús de camps magnètics per refredar són una de les alternatives més ben posicionades. En aquesta línia s’ha desenvolupat una recerca al Departament de Física de la Matèria Condensada de la UB, publicada a Nature Materials i liderada pels catedràtics Lluís Mañosa i Antoni Planes, i el doctorand Adrià Gràcia, en col·laboració amb el professor Oliver Gutfleisch, de la Universitat Tècnica de Darmstadt (Alemanya), i el doctor Tino Gottschall, del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Aquests investigadors han dissenyat un cicle de refredament en sis passos basat en la «memòria magnètica» de certs aliatges.

«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», explica Lluís Mañosa. «El que hem descobert en aquest treball —detalla— és que quan apliquem una pressió exterior podem revertir l’efecte de la magnetització i tornar el sistema al seu estat original. Aquest pas és necessari per establir un cicle tancat».

El cicle de refrigeració desenvolupat pels investigadors està format per sis passos. En el primer, s’aplica el camp magnètic i el material 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 té lloc en el quart pas, quan el material absorbeix calor de l’entorn. En el cinquè, s’elimina la pressió i el material es manté en aquest nou estat en el qual ja ha quedat desmagnetitzat. Finalment, l’aliatge lliura 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 de fàcil accés.

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.

«Gràcies a aquest nou pas que hem inclòs en el cicle de refrigeració, es redueix considerablement la mida dels imants que es necessiten, i d’aquesta manera es guanya competitivitat. Actualment, per a cada part de materials refrigerants es requereix quatre vegades més quantitat d’imant. El nou cicle és més competitiu, ja que només cal la meitat d’imant», apunta Antoni Planes. «Un altre dels punts importants —continua l’investigador— és que aquest nou cicle aprofita el fenomen de la histèresi, que habitualment implica una pèrdua d’energia».

Actualment, hi ha cert consens a l’entorn de la idea que aquest tipus de materials magnetocalòrics poden arribar a ser més eficients que els sistemes actuals, i que els dispositius basats en aquests materials podrien arribar a substituir els d’aquells aparells que no requereixen grans baixades de temperatura, d’entre 15 i 20 °C, com ara els aires condicionats domèstics.

 

Referència de l'article:

Referència de l’article: T. Gottschall, A. Gràcia-Condal, M. Fries, A. Taubel, L. Pfeuffer, L. Mañosa, A. Planes, K. P. Skokov, O. Gutfleisch: «A multicaloric cooling cycle that exploits thermal hysteresis», Nature Materials 2018. DOI: 10.1038/s41563-018-0166-6

Comparteix-la a:
| Més |
  • Segueix-nos:
  • botó per accedir al facebook de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al twitter de la universitat de barcelona
  • botó per accedir a l'instagram de la Universitat de Barcelona
  • botó per accedir al linkedin de la Universitat de Barcelona
  • botó per accedir al youtube de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al google+ de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al flickr de la Universitat de Barcelona
Membre de la Reconeixement internacional de l'excel·lència HR Excellence in Research logo del ∞ - League of European Research Universities logo del bkc - campus excel·lència logo del health universitat de barcelona campus

© Universitat de Barcelona