Científicos del Laboratorio Nacional Ames del Departamento de Energía de EE.UU. han construido un prototipo de bomba de calor magnetocalórica (MCHP) que supuestamente iguala a las actuales bombas de calor de compresión de vapor en cuanto a peso, costo y rendimiento.
Las MCHP utilizan el efecto magnetocalórico para calentar y enfriar. Este efecto consiste en el enfriamiento o calentamiento de materiales magnéticos con la variación de un campo magnético aplicado externamente. Suele utilizarse para desarrollar sistemas de refrigeración o calefacción de alta eficiencia energética que no requieren refrigerantes nocivos.
En los MCHP, la temperatura cambia mediante una variación del campo magnético, empleándose estos efectos calóricos para transferir energía térmica y producir potencia de calefacción o refrigeración. Todos estos sistemas se basan en un concepto de regenerador magnético activo (AMR), en el que un fluido caloportador se bombea activamente a través de un lecho de material magnetocalórico para transferir energía térmica a los intercambiadores de calor de los lados caliente y frío.
«Las bombas de calor magnetocalóricas son un prometedor sustituto de la refrigeración y la calefacción», afirma Julie Slaughter, autora principal de la investigación. «Pueden eliminar las emisiones de refrigerantes y requieren menos energía para funcionar».
En el estudio «Scalable and compact magnetocaloric heat pump technology» (Tecnología de bomba de calor magnetocalórica escalable y compacta), publicado recientemente en Applied Energy, el equipo de investigación explica que el sistema se basa en un regenerador magnético activo (AMR) de lecho de partículas empaquetadas de gadolinio, así como en una fuente magnética compuesta por imanes permanentes y acero magnético de alta permeabilidad.
«En nuestro dispositivo de referencia, lo simplificamos utilizando un único material, el gadolinio. Los materiales de lantano-hierro-silicio tienen mayor capacidad de potencia que el gadolinio. Esto aumenta la densidad de potencia. Lo que ocurre es que no son tan fáciles de conseguir y requieren varios materiales en un dispositivo para obtener un buen rendimiento», explica Slaughter, señalando que las evaluaciones incluyeron estimaciones de un material refrigerante magnético de base conocido como LaFeSi.
El objetivo de estas evaluaciones era encontrar formas de aumentar la densidad de potencia del sistema de bomba de calor propuesto, para lo cual los científicos trataron de optimizar las fuentes de campo magnético y las geometrías AMR, reduciendo al mismo tiempo el espacio y los materiales. Las estimaciones se realizaron para potencias de refrigeración comprendidas entre 37 W y 43,5 kW.
«Estos esfuerzos ayudaron a que las piezas del sistema central coincidieran con el peso de los compresores disponibles en la actualidad», dijo Slaughter, añadiendo que el material de gadolinio utilizado se diseñó específicamente para mostrar una alta densidad de potencia del sistema (SPD). «Los imanes permanentes y el acero magnético constituyen la mayor parte de la masa, en lugar del costoso material magnetocalórico, y eso es realmente útil para la asequibilidad. Supusimos que, si un dispositivo pesa más o menos lo mismo, el costo será más o menos el mismo en la producción en serie».
El análisis demostró que la SPD del sistema aumentó de 5,9 W/kg a 81,3 W/kg. «Proyectamos que las SPD de las bombas de calor magnetocalóricas son competitivas con la compresión de vapor hasta 1 kW de potencia de refrigeración», señalaron los académicos. «En el caso límite, la densidad de potencia máxima esperada de las MCHP de diseño similar es de 114 W/kg, que iguala a los compresores hasta aproximadamente 3 kW de potencia de refrigeración».
«Hemos podido demostrar que somos competitivos con la densidad de potencia de algunos de los compresores que existen en la actualidad», afirmó Slaughter.
Este contenido está protegido por derechos de autor y no se puede reutilizar. Si desea cooperar con nosotros y desea reutilizar parte de nuestro contenido, contacte: editors@pv-magazine.com.
Al enviar este formulario, usted acepta que pv magazine utilice sus datos con el fin de publicar su comentario.
Sus datos personales solo se divulgarán o transmitirán a terceros para evitar el filtrado de spam o si es necesario para el mantenimiento técnico del sitio web. Cualquier otra transferencia a terceros no tendrá lugar a menos que esté justificada sobre la base de las regulaciones de protección de datos aplicables o si pv magazine está legalmente obligado a hacerlo.
Puede revocar este consentimiento en cualquier momento con efecto para el futuro, en cuyo caso sus datos personales se eliminarán inmediatamente. De lo contrario, sus datos serán eliminados cuando pv magazine haya procesado su solicitud o si se ha cumplido el propósito del almacenamiento de datos.
Puede encontrar más información sobre privacidad de datos en nuestra Política de protección de datos.