Ingenieros desarrollan el primer sistema de refrigeración impulsado por calor del mundo utilizando aleaciones con memoria de forma

Ingenieros han desarrollado el primer sistema de refrigeración elastocalórica impulsado por calor del mundo, ofreciendo una forma completamente nueva de producir aire acondicionado y refrigeración. El prototipo aprovecha el calor residual industrial y la energía solar térmica para generar temperaturas frías directamente. Esta innovación podría disminuir significativamente el consumo global de electricidad y reducir la dependencia de refrigerantes químicos nocivos. Los sistemas de refrigeración tradicionales dependen de ciclos de compresión de vapor que hacen circular refrigerantes de hidrofluorocarbonos a través de compresores mecánicos. Aunque eficaces, estos sistemas consumen enormes cantidades de energía eléctrica y frecuentemente filtran compuestos que atrapan el calor en la atmósfera de la Tierra. El nuevo sistema elastocalórico reemplaza la compresión de vapor aprovechando las aleaciones con memoria de forma de estado sólido, que liberan y absorben calor cuando se estresan mecánicamente. Los materiales elastocalóricos se calientan naturalmente cuando se estiran o comprimen y se enfrían drásticamente cuando se libera esa presión mecánica. Hasta ahora, los dispositivos elastocalóricos requerían motores eléctricos externos o sistemas hidráulicos para suministrar fuerza mecánica. El equipo de investigación superó esta barrera diseñando un bucle de motor térmico que utiliza calor residual de bajo grado para impulsar los ciclos de estrés físico automáticamente. En las demostraciones de laboratorio, el mecanismo de enfriamiento autónomo logró caídas sostenidas de temperatura sin ningún compresor eléctrico. El sistema dirige el fluido calentado a través de un conjunto de elementos de aleación de níquel-titanio, provocando cambios de fase que ejercen fuerza sobre una etapa de enfriamiento adyacente. A medida que los elementos metálicos se expanden y contraen repetidamente, extraen energía térmica de una cámara objetivo cerrada. Las instalaciones de fabricación industrial, las centrales eléctricas y los grandes centros de datos computacionales producen cantidades masivas de exceso de calor que normalmente se ventilan al aire. Este nuevo diseño captura ese escape térmico directamente y lo convierte en un suministro de enfriamiento continuo en el sitio. Los centros de datos podrían potencialmente enfriar sus propios servidores informáticos de alto rendimiento utilizando el calor exacto que emiten esos servidores durante cargas de procesamiento pesadas. Las instalaciones solares térmicas también representan una gran oportunidad para el despliegue de esta tecnología. Los colectores solares en azoteas pueden generar las temperaturas de fluido modestas necesarias para activar la reacción de memoria de forma. Esto permite a los edificios en regiones soleadas y áridas mantener temperaturas interiores cómodas sin ejercer una fuerte presión sobre las redes eléctricas locales. Debido a que el ciclo de enfriamiento tiene lugar completamente dentro de estructuras metálicas sólidas, el sistema evita completamente los refrigerantes líquidos o gaseosos volátiles. Los hidrofluorocarbonos y los agentes químicos relacionados han generado durante mucho tiempo preocupaciones ambientales debido a su potencial de calentamiento global excepcionalmente alto cuando se liberan a la atmósfera. La transición a aleaciones de estado sólido elimina el riesgo de fugas químicas accidentales durante el funcionamiento, el mantenimiento o la eliminación. Los ingenieros notaron que los materiales con memoria de forma pueden someterse a millones de ciclos mecánicos antes de experimentar fatiga o degradación del material. Las aleaciones metálicas duraderas del prototipo garantizan una larga vida útil operativa con un mantenimiento rutinario mínimo en comparación con los compresores mecánicos convencionales. Las arquitecturas mecánicas simplificadas también reducen los costos totales del ciclo de vida para los propietarios de edificios y los operadores de plantas industriales. Si bien el prototipo de laboratorio demuestra la prueba de concepto, los equipos de ingeniería están trabajando ahora para optimizar la velocidad de transferencia de calor entre fluidos y cables de aleación. Maximizar la tasa de intercambio térmico permitirá que los futuros modelos comerciales alcancen mayores capacidades de enfriamiento dentro de espacios de equipos más pequeños. Varios socios industriales ya han comenzado a evaluar la arquitectura del prototipo para pruebas piloto en instalaciones de refrigeración comercial. Los analistas de energía proyectan que la demanda global de aire acondicionado aumentará drásticamente en las próximas décadas a medida que las temperaturas globales aumenten y las poblaciones urbanas crezcan. Desarrollar soluciones de enfriamiento pasivas impulsadas por residuos se considera esencial para prevenir el estrés excesivo en las empresas de servicios eléctricos de todo el mundo. La realización exitosa del enfriamiento elastocalórico impulsado por calor marca un paso práctico importante hacia sistemas de control climático más limpios y altamente eficientes.