Revolución tecnológica en calefacción y enfriamiento: Las bombas de calor magnetocalóricas eliminan emisiones de refrigerantes y reducen el consumo energético, presentándose como una alternativa sostenible frente a la tecnología de compresión de vapor.
El futuro de las tecnologías más sostenibles de enfriamiento y calefacción podría estar más cerca de lo que pensamos
Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Ames, dependiente del Departamento de Energía de los Estados Unidos, ha desarrollado una bomba de calor magnetocalórica que iguala en peso, costo y rendimiento a las bombas de calor de compresión de vapor actuales. Las tecnologías de calefacción y enfriamiento actuales, basadas en la compresión de vapor, tienen más de 100 años y dependen de refrigerantes que contribuyen significativamente a las emisiones de carbono a nivel global. Además, en caso de fugas, estos químicos son dañinos tanto para las personas como para el medio ambiente. Las bombas de calor magnetocalóricas surgen como una alternativa prometedora, eliminando las emisiones de refrigerantes y reduciendo el consumo energético.
Sin embargo, hasta ahora, estos dispositivos no habían logrado igualar las bombas de compresión de vapor en peso, costo y rendimiento, los tres aspectos clave para su adopción masiva.
Un diseño innovador para superar desafíos técnicos
Julie Slaughter, líder del equipo de investigación, explicó que el desarrollo comenzó con un análisis de los dispositivos magnetocalóricos existentes. “Primero analizamos qué tecnologías están disponibles y qué tan cerca están de igualar a las compresoras actuales”, comentó. A partir de ahí, diseñaron un modelo base y se preguntaron: “¿Qué tan lejos podemos llevar esta tecnología?”.
La bomba de calor magnetocalórica funciona modificando el campo magnético aplicado a un material magnetocalórico mientras se bombea fluido para transferir el calor. Generalmente, este proceso utiliza imanes permanentes. El núcleo del dispositivo consiste en hacer girar estos imanes alrededor del material magnetocalórico y usar acero magnético para confinar el campo magnético. La disposición de estas tres piezas es crucial para mejorar la densidad de potencia de la bomba de calor.
Evaluación de materiales magnetocalóricos
El equipo también evaluó los dos materiales magnetocalóricos más comunes: el gadolinio y un compuesto basado en hidruros de lantano-hierro-silicio (LaFeSi).
En el dispositivo base, se utilizó únicamente gadolinio debido a su disponibilidad. Sin embargo, los materiales basados en LaFeSi tienen una capacidad de potencia más alta, lo que incrementa naturalmente la densidad de potencia. Estos materiales, aunque más eficientes, son menos accesibles y requieren una combinación de varios materiales en un mismo dispositivo para lograr un buen rendimiento.
“En nuestras evaluaciones incluimos estimaciones de rendimiento de LaFeSi para los dispositivos con mayor densidad de potencia”, explicó Slaughter.
Optimización de materiales y diseño
El equipo se centró en usar el espacio y los materiales de manera más eficiente, reduciendo la cantidad de imán permanente y acero magnético necesario para el funcionamiento de la bomba. Estas optimizaciones permitieron que el núcleo del sistema alcanzara el mismo peso que las compresoras disponibles actualmente.
“Hemos demostrado que podemos competir en densidad de potencia con algunas de las compresoras actuales”, afirmó Slaughter. Además, la mayor parte del peso del dispositivo proviene de los imanes permanentes y el acero magnético, en lugar de los costosos materiales magnetocalóricos. Esto resulta ventajoso desde el punto de vista de la accesibilidad económica. “Asumimos que si un dispositivo pesa lo mismo, su costo será similar en la producción masiva”, concluyó.
Implicaciones para un futuro sostenible
Las bombas de calor magnetocalóricas representan un avance tecnológico significativo en el camino hacia soluciones de calefacción y enfriamiento sostenibles. Al eliminar las emisiones de refrigerantes y optimizar el consumo energético, estas innovaciones podrían desempeñar un papel clave en la lucha contra el cambio climático y la reducción de la huella de carbono. Aunque aún quedan desafíos, como la disponibilidad de materiales avanzados, el trabajo de equipos como el liderado por Slaughter acerca un poco más este futuro prometedor.
Vía www.ameslab.gov
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