La búsqueda de métodos más eficientes y sostenibles para la refrigeración impulsó a los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) a explorar materiales innovadores. Según los avances realizados hasta ahora, podría revolucionar la forma en la que enfriamos nuestros hogares, automóviles y dispositivos electrónicos.
Este laboratorio -que se especializa en ciencia y tecnología y esta gestionado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos- investiga una de las tecnologías más prometedoras. Se trata de la refrigeración en estado sólido, que ofrece numerosas ventajas sobre los sistemas tradicionales.
¿Qué es la refrigeración en estado sólido?
La refrigeración en estado sólido se basa en materiales especiales que absorben y liberan calor cuando se exponen a un campo magnético, eliminando así la necesidad de refrigerantes tradicionales y piezas móviles. Este enfoque no solo es más eficiente, sino que además es más respetuoso con el medio ambiente y como si fuera poco, estos sistemas son más silenciosos, compactos y capaces de controlar la temperatura con gran precisión.
El equipo del ORNL se dedicó a trabajar en una aleación de memoria de forma magnética compuesta por níquel, cobalto, manganeso e indio.
Este material tiene la capacidad de cambiar su forma y volver a su estado original cuando se calienta o se expone a un campo magnético, un proceso conocido como el “efecto magnetocalórico”. Durante esta transición de fase, el material absorbe el calor de su entorno y luego lo libera, enfriando así el medio ambiente.
Eficiencia y potencial de la refrigeración en estado sólido
La clave de la eficacia de esta aleación radica en su estructura atómica, que se encuentra cerca de un estado desordenado denominado estados vidriosos ferroicos. Estos estados mejoran la capacidad del material para almacenar y liberar calor.
Utilizando herramientas avanzadas, los investigadores descubrieron patrones sincronizados de vibraciones (fonones) y ondas magnéticas (magnes) dentro del material, llamados modos de magnon-fonón híbridos localizados. Estos modos afectan significativamente las propiedades térmicas del material.
Este descubrimiento es crucial para desarrollar materiales más eficientes para la refrigeración en estado sólido, que eventualmente podrían reemplazar los refrigerantes tradicionales y las piezas mecánicas.
Cuando se aplica un campo magnético, estos modos híbridos cambian las vibraciones del material, alterando su estabilidad y comportamiento. Este cambio aumenta la capacidad del material para almacenar y liberar calor, triplicando la potencia de enfriamiento de la aleación de memoria de forma magnética.
Ventajas medioambientales
Los métodos tradicionales de refrigeración dependen de refrigerantes que pueden ser perjudiciales para el ambiente y de sistemas mecánicos complejos que son ruidosos y propensos a fallos. En contraste, la refrigeración en estado sólido ofrece una alternativa más limpia, silenciosa y eficiente.
Este avance no sólo promete mejorar la eficiencia energética, sino también reducir el impacto ambiental asociado con los sistemas de refrigeración convencionales.
La investigación del ORNL representa un paso significativo hacia una vida más sostenible, proporcionando una visión del futuro de la refrigeración. La capacidad de estos materiales innovadores para mejorar la eficiencia y reducir el impacto ambiental los convierte en una opción atractiva para diversas aplicaciones, desde la refrigeración doméstica hasta la industrial.
¡Tu computadora podría refrigerarse así!
Un ejemplo notable de cómo esta tecnología puede aplicarse en el mundo real es el innovador sistema de refrigeración denominado AirJet de la empresa estadounidense Frore Systems. Se presentó en la última edición del International Consumer Electronics Show (CES) en Las Vegas y , utiliza un principio similar al de la refrigeración en estado sólido para enfriar dispositivos electrónicos sin necesidad de ventiladores.
El dispositivo mencionado emplea membranas diminutas que vibran a una frecuencia ultrasónica para generar una corriente de aire que maximiza la transferencia de energía térmica. Esta tecnología permite enfriar chips de computadoras portátiles, smartphones, tablets y unidades SSD de manera más eficaz y silenciosa que los ventiladores convencionales.
El futuro, mas cerca de lo que pensamos
La refrigeración en estado sólido representa un avance revolucionario en la tecnología de enfriamiento. La implementación de este tipo de tecnologías en situaciones de la vida cotidiana podría concretarse muy pronto.
Con materiales como la aleación de memoria de forma magnética, es posible desarrollar sistemas de refrigeración más eficientes, silenciosos y respetuosos con el medio ambiente. Además, aplicaciones como las mencionadas para enfriar chips de ordenadores demuestran el potencial de esta tecnología para transformar la refrigeración de todo tipo de dispositivos electrónicos, ofreciendo soluciones compactas y de bajo consumo energético.
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