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Climatización sin refrigerantes dañinos para el medioambiente

Un prototipo desarrollado por el equipo de investigación de los profesores Stefan Seelecke y Andreas Schütze de la Universidad de Saarland transporta calor con «músculos» hechos de níquel-titanio y puede enfriar o calentar el aire sin utilizar líquidos contaminantes.

Básicamente, el proceso se basa simplemente en cables hechos de una aleación de memoria de forma especial, en este caso níquel-titanio, o «NiTi» para abreviar. «Las transformaciones de fase que tienen lugar en la estructura cristalina del material liberan el llamado calor latente, o lo absorben«, explica Stefan Seelecke, profesor de sistemas de materiales inteligentes. Este efecto es particularmente fuerte en el caso de los cables de níquel-titanio: «Cuando los cables previamente tensados se liberan a temperatura ambiente, se enfrían hasta 20 grados», dice Félix Welsch, quien trabaja junto con Susanne-Marie Kirsch en tesis doctorales sobre el prototipo.

Esto hace posible eliminar el calor. «Cuando la carga tiene lugar un calentamiento igualmente grande.

El prototipo, que el grupo de investigación presentó en el Hannover Messe, es la primera máquina en funcionamiento continuo que enfría el aire con el nuevo proceso.

Climatización sin refrigerantes dañinos para el medioambiente
Foto: Los estudiantes de doctorado Felix Welsch y Susanne Marie Kirsch con la primera máquina que enfría el aire con músculos de níquel-titanio. (Oliver Dietze / Saarlandes)

El sistema puede enfriar o calentar con el mismo proceso

Una unidad de leva (pendiente de patente) especialmente diseñada garantiza que los cables de NiTi de 200 micrones de grosor se tiren y descarguen continuamente durante la rotación. En dos cámaras separadas, el aire se sopla a través de los haces, que se calientan en una y se enfrían en la otra. Esto permite que la máquina funcione como una bomba de calor o como una máquina de enfriamiento.
Lo que suena tan simple, es una tarea difícil: durante varios años, los ingenieros en el campus y en el Centro de Mecatrónica y Automatización en varios proyectos, incluidos los financiados por los proyectos de investigación de la Fundación de Investigación Alemana: con series de pruebas y modelos de simulación, descubrieron cómo El mecanismo más eficiente es la fuerza con la que se deben tirar de los cables para alcanzar un rendimiento de enfriamiento determinado, qué velocidad de rotación es la mejor y cuántos cables deben agruparse: «La superficie más grande hace que la transferencia de calor sea más rápida», explica Susanne-Marie Kirsch. Usando una cámara térmica, los ingenieros analizaron cómo la calefacción y el enfriamiento proceden exactamente. A través de esta investigación ahora pueden adaptar el sistema: «Hemos desarrollado un software con los resultados de la investigación anterior. Esto nos permite adaptar con precisión nuestra tecnología de calefacción y refrigeración a diferentes requisitos de computadoras y planificar sistemas que luego puedan construirse «, explica Kirsch.

«Nuestra nueva tecnología de refrigeración y calefacción es ya dos o tres veces más eficiente que las unidades de calefacción y refrigeración convencionales».
Profesor Stefan Seelecke

Esta investigación básica podría ser interesante para la industria. Porque la nueva tecnología de calefacción y refrigeración es eficiente. Dependiendo de la aleación, puede entregar hasta treinta veces más energía de calor o enfriamiento que la fuerza mecánica requerida para tirar y liberar. Hasta ahora, el sistema es dos veces mejor que una bomba de calor y tres veces mejor que un refrigerador convencional. «Y es respetuoso con el medio ambiente y el clima, porque el enfriamiento o la calefacción tienen lugar inmediatamente. Por ejemplo, el aire en un sistema de aire acondicionado se puede enfriar sin intercambiadores de calor intermedios, y no necesitamos sistemas de tuberías herméticos y sellados de alta presión «, explica el Profesor Seelecke.
Ahora los ingenieros están investigando para optimizar aún más la transferencia de calor de la máquina para aumentar aún más la eficiencia. «Queremos asegurarnos de que toda la energía de las transformaciones de fase se utilice de la manera más completa posible para enfriar o calentar», explica el estudiante de doctorado Felix Welsch.

Preparación para el prototipo

Desde hace varios años, los ingenieros de la Universidad de Saarland y el Centro de Mecatrónica y Tecnología de Automatización (Zema) han estado investigando el método de enfriamiento respetuoso con el medio ambiente en varios proyectos, incluido el programa prioritario «Ferroic Cooling» de la Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Mientras tanto, la Comisión de la UE y el Departamento de Energía de EE UU evaluaron el proceso como la alternativa más prometedora a la tecnología de compresión de refrigeración establecida.
En el Hannover Messe de este año, del 1 al 5 de abril, los científicos presentaron su tecnología en el estado de investigación de Saarland.

Una descripción general de todos los proyectos de investigación de la Universidad de Saarland en el Hannover Messe se puede encontrar aquí .

Fuente: Campus Universität des Saarlandes