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Hacer que los imanes se enfríen
¿Crees que los imanes de nevera son para listas de la compra y obras de arte juvenil? Piensa otra vez. Investigadores de todo el mundo están tratando de revolucionar la refrigeración llevando imanes al frío.
Un grupo del Laboratorio Ames, un laboratorio del Departamento de Energía de la Universidad Estatal de Iowa, ha construido un prototipo de unidad de refrigeración que convierte materiales con ciertas propiedades magnéticas en refrigerantes naturales. Específicamente, el prototipo contiene el elemento de tierras raras gadolinio , que afirman que ha enfriado el contenido a 42 grados Fahrenheit.
El enfriamiento magnético podría resultar en sistemas de enfriamiento más eficientes y más pequeños, ya sea para refrigeradores y acondicionadores de aire de consumo o para usos industriales como la fabricación de hidrógeno líquido para hacer funcionar las celdas de combustible. Pero encontrar materiales que se enfríen a temperatura ambiente, por un precio que no requiera un subsidio del gobierno, no es fácil.
Los científicos han estado buscando materiales mejorados durante algún tiempo. El corazón de la investigación es un fenómeno llamado efecto magnetocalórico, en el que algunos materiales se enfrían cuando se someten a un campo magnético cambiante. Hay dos indicadores del efecto magnetocalórico: una alineación de los espines de los electrones en el material (magnetización) y una caída real de la temperatura. En enero, investigadores de la Universidad de Amsterdam en los Países Bajos descubrieron que un compuesto de hierro, manganeso y arsénico mostraba una fuerte alineación de espín de electrones, lo que sugirió que un material barato con efecto magnetocalórico podría ser posible.
Sin embargo, los números pueden ser engañosos, dice el investigador de Ames Karl Gschneidner. Hay un problema, dice, al depender de la magnetización. Solo obtienes el [cambio en la entropía del material], y esa es solo una medida del efecto magnetocalórico. El cambio de temperatura, dice, es el factor más importante para los investigadores interesados en construir un dispositivo de enfriamiento magnético.
Hay otros problemas, dice Lawrence Bennett, profesor de ingeniería en el Instituto de Investigación Magnética de la Universidad George Washington. Los refrigeradores y acondicionadores de aire transfieren el calor de un lugar a otro. Una bomba comprime un gas como el freón, haciéndolo denso y caliente. El gas corre a través de un conjunto de tubos; a medida que los tubos irradian calor, el gas se enfría y se convierte en líquido. El líquido pasa a través de una válvula especial, se expande en un gas aún más frío, absorbe el calor del interior del sistema de enfriamiento y luego repite el ciclo.
Para que un refrigerador magnético funcione, el material magnetocalórico debe absorber calor por un lado y expulsarlo por el otro. Pero la mayoría de los materiales que se han probado son malos conductores de calor. Además, los mejores materiales magnetocalóricos son los metales, pero los campos magnéticos cambiantes crean pequeñas corrientes eléctricas que usan energía y pueden hacer que el enfriamiento sea mucho menos efectivo.
Tales inconvenientes son la razón por la que algunos expertos como Bennett están investigando si se podrían crear nanocomposites con las características necesarias. En principio, los nanocomposites podrían ser mucho mejores, dice. Por ejemplo, el compuesto es en realidad una masa de partículas diminutas que no se tocan entre sí, deteniendo las corrientes eléctricas casi tan pronto como comenzaron. El material magnetocalórico podría combinarse con alguna otra sustancia que pudiera disipar el calor más fácilmente.
Sin embargo, hasta ahora, los nanocompuestos magnetocalóricos son solo un concepto. Nadie puede producir lo que necesitamos todavía, dice Bennett, aunque el departamento de química de George Washington ha recibido una subvención del departamento de energía para intentarlo.
Incluso si dicho desarrollo tiene éxito, advierte Barrett, no está claro si los ingenieros pueden diseñar productos comercialmente viables utilizando la tecnología. Así que los científicos seguirán buscando un material que sea suficientemente atractivo y los imanes permanecerán, por ahora, en la puerta del frigorífico.