Así funciona la refrigeración magnética

by iat20
refrigeracion magnetica

El ser humano siempre está a la búsqueda de nuevos métodos que permitan obtener energía de forma más eficiente. En este artículo te hablamos de la refrigeración magnética, un efecto que, en lugar de usarse para producir calor o electricidad, se emplea para el enfriamiento de equipos.

Definición de refrigeración magnética

La refrigeración magnética es una tecnología utilizada para el enfriamiento de equipos que se basa en el llamado efecto magnetocalórico. Dicho efecto consiste en exponer un material susceptible de cambiar de temperatura a un campo magnético variable, lo cual se conoce como desimanación adiabática.

Dicho de una manera más simple, al exponer determinados metales a un imán o campo magnético, se producen cambios en el comportamiento de sus electrones que permiten que dicho material baje de temperatura.

Lo vemos más en profundidad más adelante, pero antes, un poco de historia. 

¿Quién descubrió este efecto?

El efecto de la refrigeración magnética fue descubierto por los físicos francés y suizo P. Weiss y A. Piccard, en el año 1917. Casi una década más tarde, en 1926, P. Debye formuló el principio fundamental que lo explica. Y en el año 1933 se fabricaron los primeros modelos de refrigeradores magnéticos basados en este principio. Se demostró que, gracias a este método, se podían alcanzar temperaturas inferiores a 0,3º Kelvin, algo que hasta el momento no se había logrado.

¿Cómo funciona exactamente?

El exponer un metal a un campo magnético, por ejemplo al aplicar sobre él la fuerza de un imán, el material se calienta. Este efecto es casi imperceptible en algunos metales, pero en otros es mucho más notorio. Sin embargo, también se puede lograr el efecto contrario, es decir, que se enfríe.

Los electrones que forman parte de un pieza de metal en reposo y sin influencia alguna, giran de forma aleatoria en cualquier dirección. Sin embargo, al aplicarle un imán, todos estos electrones pasan a girar en la misma dirección. Se produce una limitación a su movimiento. Sin embargo, esta limitación no es total, ya que aunque los electrones giren en la misma dirección, pueden moverse de otras formas. Los electrones vibrarán de forma más violenta, y esta vibración es la que produce el calor.

Como ya hemos dicho, este efecto es moderado en la mayor parte de los metales, pero en otros el calentamiento es muy notorio. Es el caso del gadolinio, un metal sólido que en a actualidad se utiliza en altos hornos o en reactores nucleares.

Ahora bien, todo lo dicho hasta el momento explica cómo los metales se pueden emplear para producir calor. Sin embargo, este efecto también funciona en sentido contrario. Cundo un metal como el gadolinio está expuesto a un campo magnético, y dicho campo se retira, el material se enfriará.

Para conseguir este efecto, se aplica al gadolinio otra sustancia, normalmente helio, mientras el metal está bajo los efectos de un campo magnético. El helio absorbe parte del calor, con lo cual el gadolinio no se caliente. Después, al eliminar el campo magnético, el gadolinio se enfriará todavía más.

Tipos de refrigeración magnética

Hay dos métodos para conseguir este efecto:

  • Refrigeración magnética por imanes superconductores: gracias a ellos se obtiene una gran potencia de salida y un amplio rango de temperaturas, lo que permite enfriar equipos industriales o que requieran temperaturas muy bajas.
  • Refrigeración magnética con imanes permanentes: su rango de temperatura es mucho más limitado y se puede emplear para el enfriamiento de sistemas domésticos o que no necesiten temperaturas demasiado bajas.

Ventajas de la refrigeración magnética

Las principales ventajas de este método de enfriamiento son las siguientes:

  • Permite alcanzar un gran espectro de temperaturas, desde las extremadamente bajas para equipos industriales, hasta otras más suaves empleadas en equipos de refrigeración normales.
  • Contribuye al desarrollo sostenible, ya que es un método seguro, eficiente, silencioso y que no emite gases contaminantes a la atmósfera.
  • Tiene una vida útil muy larga ya que es un proceso relativamente sencillo y que no implica el uso de complejos mecanismos o partes móviles.

Usos y Aplicaciones

El uso de la refrigeración magnética todavía no está demasiado extendido. En estos momentos se trabaja para optimizar los procesos de producción de gadolinio puro y conseguir mejores efectos de refrigeración a menor coste.

Actualmente este método se suelen utilizar en procesos industriales, como en licuadoras de hidrógeno, para la refrigeración de sistemas avanzados, como ordenadores de alta velocidad o el desarrollo de sistemas de refrigeración industriales.

Sin embargo, los de la refrigeración magnética pueden ir mucho más allá, y es susceptible de usarse en procesos mucho más “cotidianos”. Por ejemplo, para sistemas de aire acondicionado residenciales, enfriamiento de motores de vehículos, frigoríficos domésticos y un largo etcétera.

En definitiva, aunque es un efecto que se descubrió hace casi 100 años, la refrigeración magnética todavía limita sus usos a entornos muy concretos. ´Sin embargo, el desarrollo a gran escala de este método podría suponer un enorme avance en el enfriamiento de equipos, disminuyendo el gasto de energía, optimizando la eficacia del proceso y reduciendo las emisiones contaminantes.

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