Materiales magnetocalóricos, una opción de refrigeración sustentable

Los problemas de contaminación y el calentamiento global cada vez son más evidentes y nos afectan a todos, esta situación representa un problema de salud pública, lo cual se tiene que remediar trabajando en diversos flancos.

Cerca del 20% del gasto energético mundial se destina a la refrigeración doméstica e industrial y este porcentaje va incrementando a la par del calentamiento global, debido a la necesidad de preservar los alimentos y la confortabilidad de las personas. Se trata de un círculo vicioso que está degradando el planeta, pues el incremento poblacional y la necesidad de cubrir sus necesidades básicas y en ocasiones la búsqueda de un nivel de vida más alto, propician un uso más extensivo de la refrigeración que, a su vez, ocasiona que la temperatura del planeta aumente debido a que en el proceso tradicional se utilizan gases que son perjudiciales para la atmósfera.

Refrigeración, tanto necesaria como dañina

En palabras de los investigadores, los materiales magnetocalóricos muestran un cambio en su temperatura como respuesta a un campo magnético externo variable; es decir, ocurre una transformación de la energía magnética hacia energía térmica, este fenómeno físico lo presentan diversos materiales, sin embargo, generalmente los cambios ocurren en situaciones muy alejadas de la temperatura ambiente, y dependiendo del tipo de material los cambios se producen hacia abajo o hacia arriba de dicho valor, limitando sus aplicaciones para refrigeración doméstica, la cual requiere materiales que posean propiedades magnetocalóricas alrededor de dicha temperatura.

La refrigeración magnética se basa en aplicar ciclos de magnetización-desmagnetización (calentamiento-enfriamiento) a un material magnetocalórico que se encuentra en contacto con un fluido, propiciando un intercambio de calor entre ambos.

Cuando este cambio de temperatura es suficientemente elevado, alrededor de la temperatura de trabajo y mediante la aplicación de un campo magnético relativamente pequeño, se puede incluir en un ciclo de refrigeración en el cual el material magnetocalórico transfiere el calor al sistema a través de un fluido, se le aplica el campo magnético, y del mismo modo, absorbe el calor del sistema (enfriándolo), momento en que el campo magnético es retirado.

Un esquema sencillo sobre el funcionamiento se muestra en la figura:

Mientras que la refrigeración convencional extrae el calor de un sistema a través de la expansión-comprensión de gases dañinos para el medio ambiente, la refrigeración magnética, lo hace a través de la magnetización-desmagnetización de materiales magnetocalóricos que son inertes. Los resultados son muy positivos.

Diferentes grupos de investigación a nivel mundial aseguran que éstos son los sistemas de refrigeración del futuro, puesto que no contaminan, no se consumen, son menos ruidosos y presentan mayor eficiencia energética respecto a la refrigeración convencional.

Se pueden sintetizar materiales útiles en sistemas de refrigeración magnetocalórica, y con los recursos adecuados, podrían ser utilizados en el diseño y construcción de prototipos de sistemas de refrigeración magnética con lo cual, indirectamente, se fomentará la reducción de la producción y uso de gases contaminantes, lo cual deberá suceder cuando la refrigeración convencional se sustituya por esta nueva tecnología.

Ambiente y educación de la mano

De acuerdo con los científicos de la UAEH, este trabajo ha tenido mucho interés entre los alumnos, puesto que las generaciones de jóvenes son conscientes de los problemas medioambientales actuales y las consecuencias negativas que padecerán en caso de no realizar acciones para contrarrestar dichos efectos, motivo por el cual se ven muy atraídos por participar en el mismo como tesistas.

También esperan que el impacto de este y otros proyectos en la misma área sean muy positivos, algo que inspirado la creación de numerosos grupos de investigación haciendo esfuerzos en el desarrollo de materiales magnetocalóricos y de la tecnología de refrigeración magnetocalórica, aspectos que son diferentes, puesto que el primero hace referencia a ciencia básica, y el segundo a ciencia aplicada.

El progreso de este proyecto forma parte de los trabajos conjuntos entre los miembros del Cuerpo Académico Consolidado denominado Procesos Químicos y Físicos del Estado Sólido, del cual los tres investigadores llevan la batuta, quienes no han escatimado esfuerzos en ver cristalizado este maravilloso proyecto.