Ejemplo de una bomba de calor. Omicrono
Adiós a los radiadores: así es la revolucionaria bomba de calor que calienta la casa con menos consumo y mayor seguridad
- Investigadores estadounidenses han diseñado una bomba de calor por campo magnético que podría rivalizar con los modelos tradicionales.
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En España aún queda mucho invierno por delante y, como consecuencia, altos consumos de energía en las casas para mantenerlas calientes a costa de aumentar la factura de la luz y el gas a final de mes. En respuesta a este problema, la tecnología está evolucionando para ofrecer soluciones cada vez más eficientes y sostenibles, ya sea con inventos para potenciar el calor de los radiadores o para calentar grandes habitaciones en minutos. Entre los sistemas que permiten un mayor ahorro destacan las bombas de calor. Una tecnología que tiene ya más de un siglo de antigüedad y podría ser sustituida en el futuro por variables más eficientes y seguras como la bomba magnetocalórica diseñada por investigadores estadounidenses.
Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Ames del Departamento de Energía de Estados Unidos ha desarrollado una bomba de calor magnetocalórica que iguala a las bombas de calor de compresión de vapor actuales en cuanto a peso, costo y rendimiento. Iguala estas cualidades, mejorando otras y abriendo camino a un futuro más sostenible.
La comunidad científica e industrial se está volcando en conseguir bombas de calor más compactas y que permitan ahorrar en energía. Algunos han apostado por la tecnología geotérmica, mientras otros proponen el uso de imanes y un campo magnético como es este caso.
Los dispositivos de calefacción y refrigeración actuales como son las bombas de calor se basan en la tecnología de compresión de vapor y dependen del uso de refrigerantes. Estos sistemas suelen ser seguros y existen formas de recuperar los refrigerantes cuando se desmonta el sistema, pero si sucede algún accidente, estos productos químicos producen emisiones de carbono y son perjudiciales para las personas y el medio ambiente.
El laboratorio Ames afirma que las bombas de calor magnetocalóricas "son un sustituto prometedor para la refrigeración y la calefacción". Entre sus ventajas estaría la posibilidad de eliminar las emisiones de refrigerantes y el hecho de que esta nueva tecnología requiera menos energía para funcionar. De ahí la importancia de este nuevo trabajo que asegura en una publicación científica haber igualado las cualidades positivas de las tradicionales bombas de calor.
Comprensión frente magnetocalóricas
Las tradicionales bombas de calor, como las que puede tener usted en casa, funcionan variando la presión del refrigerante. En invierno, el gas se comprime para calentarlo y distribuir aire caliente dentro de la casa. Este elemento se saca fuera de la vivienda y se vuelve a descomprimir para expulsar a la calle el frío que haya absorbido dentro, cerrando el círculo.
El científico austríaco Peter von Rittinger estableció el funcionamiento interno de las bombas de calor actuales allá por la década de 1850. Su invento se aplicó originalmente a procesos industriales antes de dar el salto al uso residencial alrededor de la década de 1920. Décadas después es una tecnología presente en múltiples sistemas y que podría ser relegada por otra más nueva.
Una bomba de calor.
En el caso de las bombas de calor magnetocalóricas el juego de compresión y descompresión que modifica la temperatura del refrigerante se sustituye por un núcleo de material sólido que se enfría y calienta a temperaturas extremas mediante el uso de un campo magnético.
Este elemento central es el culpable de calentar o enfriar el refrigerante que se hace circular por el sistema, según sea necesario en cada época del año. Una de las ventajas es que ese refrigerante puede ser a base de agua en vez de un gas de efecto invernadero.
Nuevo diseño
Si bien los dispositivos MCHP o bombas magnetocalóricas han demostrado poder generar los rangos de temperatura y la eficiencia necesaria para formar parte de diferentes mecanismos de calefacción y refrigeración, actualmente esta tecnología tiene dificultades para ser comercialmente viable debido a su gran tamaño y el alto costo resultante en su producción.
Bomba de calor magnetocalórica Omicrono
Los investigadores estadounidenses tras este proyecto han conseguido reducir la cantidad de material usado en los imanes permanentes y el acero magnético necesarios para que la bomba funcione de forma eficiente. Estos esfuerzos ayudaron a que las piezas del sistema central coincidieran con el peso de los compresores disponibles en la actualidad.
El núcleo del dispositivo implica hacer girar imanes permanentes en relación con el material magnetocalórico y utilizar acero magnético para mantener el campo magnético contenido. La disposición de estas tres piezas fue clave en los planteamientos del proyecto para conseguir que la bomba de calor fuera más densa en potencia.
Otra parte de su investigación consistió en evaluar los dos materiales magnetocalóricos más comunes utilizados en estas bombas de calor: el gadolinio y el hidruro de silicio, hierro y lantano. Finalmente, se decantaron por el gadolinio, aunque la fórmula lantano-hierro-silicio es conocida por su alta densidad de potencia, "son más difíciles de conseguir y requieren de más materiales para conseguir un buen rendimiento", explica Julie Slaughter, líder del equipo de investigación en el comunicado de AmesLab.
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Omicrono
El gadolinio es el material dentro del núcleo que se calienta cuando se activa el campo magnético a su alrededor y se enfría cuando el magnetismo se apaga, influyendo en la temperatura del refrigerante que pasa a través de ese núcleo.
El resultado se ha presentado en la revista científica Science Direct. El equipo afirma en sus deliberaciones que sus modificaciones aumentan la densidad de potencia proyectada del sistema en un factor de tres. Además, las estimaciones muestran una densidad de potencia máxima de 114 W/kg para dispositivos magnetocalóricos similares.
Aunque es un proyecto aún en fase temprana, esta innovación podría suponer un cambio importante para los sistemas de calefacción de todo el mundo. Sin refrigerantes y con una mayor eficiencia energética, las bombas de calor magnetocalóricas se presentan como un camino factible para reducir significativamente el impacto ambiental en cada verano e invierno.
