La refrigeración magnética
Aunque parezca una novedad, lo cierto es que el efecto de enfriamiento a través del magnetismo ya fue observado a principios del siglo XX por los físicos P. Weiss, de nacionalidad francesa, y A. Piccard, de nacionalidad suiza.
Pero ¿en qué consiste realmente la refrigeración magnética? La refrigeración magnética es un fenómeno físico que se proyecta en una nueva tecnología de enfriamiento basada en el efecto magnetocalórico. Es decir, en la propiedad que tienen algunos materiales de alterar su temperatura al ser sometidos a campos electromagnéticos.
Es conocido que las bombas de calor actuales son el sistema de refrigeración y calefacción más eficiente que existe. No obstante, el uso de los gases refrigerantes es perjudicial para la capa de ozono. Y, por ende, favorecen el cambio climático.
Es por ello que desde hace un par de décadas se está investigando en los materiales magnetocalóricos, aquellos que reaccionan a los campos magnéticos variando su temperatura.
¿Cómo funciona el ciclo termomagnético?
Aunque hay diferentes investigaciones basadas en este proceso y cada una desarrolla la técnica de forma diferente, todos ellos se basan en las propiedades térmico-magnéticas de estos materiales. No obstante, algunas investigaciones trabajan usando un líquido-gas como el Helio, para hacer la última transferencia de temperatura. Otros hacen que el propio material magnetocalórico sea el que absorba el calor del entorno o elemento a enfriar.
No obstante, todos tienen el mismo principio básico. Lo que se hace es aplicar un campo magnético a estos nuevos materiales de manera alternante. Así, el material magnetocalórico se calienta y enfría sucesivamente. Pero veamos todo el proceso, paso a paso.
1-Magnetización adiabática
El metal magnetocalórico permanece dentro de un equipo aislado térmicamente. Entonces se le aplica un campo magnético externo, aumentando su intensidad. Esto provoca que la temperatura del metal también aumente, al alinear los dipolos magnéticos con el campo aplicado.
2-Transferencia de entalpia isomagnética
En este paso se elimina el campo magnético, sin embargo, el material magnetocalórico se mantiene magnetizado. Y por eso mantiene su temperatura.
3-Desmagnetización adiabática
El material magnetocalórico es sometido a un proceso de desmagnetización. Esto hace que baje su temperatura y quede preparado para absorber calor.
4-Transferencia de entropía isomagnética
El metal magnetocalórico se pone en contacto con el entorno a enfriar, absorbiendo el calor de este. Y quedando preparado para volver a empezar el ciclo.
Aplicaciones de la climatización magnética
Las diferentes investigaciones surgieron para dar solución a un problema determinado y por eso se han desarrollado en formas diferentes. Por ejemplo, una de ellas pretende conseguir un sistema climatizador para los vehículos eléctricos. El motivo es que el tradicional sistema basado en una bomba de calor con gas frigorífico consume una electricidad que es vital en un coche eléctrico para tener más autonomía de viaje.
Otra investigación, promovida por un fabricante de electrodomésticos, se centra en conseguir un frigorífico que no necesite gases refrigerantes. Al mismo tiempo, se persigue que consuman menos electricidad y por ello sean más eficientes.
Sin embargo, la aplicación que puede cambiar por completo la vida en nuestros hogares y sitios de trabajo será la nueva bomba de calor magnética. Su funcionamiento es en teoría similar a la actual, pero sin usar el ciclo de compresión y expansión de un gas refrigerante. Es por ello que nos puede aportar muchos beneficios, sobre todo cuando se apoye con un sistema fotovoltaico, de forma que se consiguen viviendas más eficientes y amigables con nuestro planeta.
No obstante, hay otras muchas aplicaciones posibles como: dispositivos de enfriamiento para computadoras de alta velocidad, o licuadoras de hidrógeno, entre otras.
Beneficios de la climatización magnética
Loa beneficios que puede aportar a nuestra sociedad la climatización magnética son muchos y, además, se alinean con las pretensiones de los acuerdos de Montreal, Kioto o París: conseguir que la actividad humana sea neutral en cuanto al daño a nuestro planeta.
» Alta eficiencia
El calentamiento y enfriamiento de un material magnetocalórico son procesos termodinámicos prácticamente reversibles. Algo que no sucede con otros procesos como el ciclo de trabajo de un refrigerador de ciclo combinado. En las investigaciones que se llevan a cabo, se observa que las unidades de enfriamiento magnético consiguen una mayor eficiencia. Por ejemplo, cuando se trabaja a temperatura ambiente, los refrigeradores magnéticos son potencialmente un 20-30% más efectivos que los que funcionan en el ciclo de vapor de gas.
Esto hace que cuando se consiga fabricar electrodomésticos con esta tecnología se reducirá sensiblemente el coste de operación de ellos.
» Bajo riesgo ambiental
El principal componente para el trabajo en la absorción y cesión de calor es sólido. Además, puede aislarse fácilmente del Medio Ambiente, al contrario que los gases refrigerantes actuales. Los metales que se utilizan son de baja toxicidad y se pueden reutilizar para otras funciones después de desechar el equipo o electrodoméstico.
» Larga vida útil
Gracias a que el funcionamiento de este sistema de refrigeración se basa en los campos magnéticos y apenas hace uso de partes móviles, no hay apenas desgaste o fricción de sus componentes. Es por ello que se estima que la vida útil de estos nuevos equipos sea sensiblemente mayor que los actuales aires acondicionados o bombas de calor.
» Progreso y mejora acelerados
Gracias a las investigaciones en los superconductores y en los imanes permanentes, se espera que esta nueva tecnología sea asequible muy pronto. Algo que hoy por hoy no es posible debido al alto coste de los componentes, por lo que aún no disponemos de electrodomésticos que empleen esta nueva tecnología.
» Reciclaje
Todos los componentes que forman parte de los equipos de climatización magnética son fácilmente separables y reciclables. Son materiales que tienen un índice de reutilización incluso mayor que las placas solares fotovoltaicas al ser recicladas.
» La flexibilidad de la tecnología
El climatizador magnético tiene una base de funcionamiento lo suficientemente maleable como para que se pueda aplicar a diferentes equipos, haciendo que su uso sea muy flexible y adaptable a cualquier aplicación que requiera de refrigeración o calentamiento.
» Propiedades útiles de congelación
La tecnología de climatización magnética permite enfriar y congelar diversas sustancias. Puede ser agua, aire, productos químicos, y además lo puede hacer con cambios mínimos en cada aplicación o elemento a enfriar. Esto lo hace más versátil que un ciclo eficiente de enfriamiento de ciclo combinado, ya que este requiere de muchas etapas segregadas o una mezcla de diferentes refrigerantes para conseguir el mismo efecto. (NCYT)
