Las propiedades elastocalóricas de los tubos de caucho natural permiten diseñar un dispositivo de refrigeración sin utilizar gases de efecto invernadero. Los prototipos construidos en el laboratorio internacional ELyTMaX muestran prestaciones prometedoras para la realización de sistemas a gran escala (La gran escala, también llamada escala aérea o autoescala, es una…). Estos resultados se publican en la revista Applied Thermal Engineering. La climatización (La climatización es la técnica de modificar, controlar y regular el…) representa el 20% del consumo eléctrico de los edificios, y esta proporción crece constantemente. El principal inconveniente de estos sistemas de refrigeración (Refrigeración es el proceso de obtención y mantenimiento de un…), además de su consumo energético (En el sentido común, energía designa todo aquello que permite realizar un trabajo, fabricar…), es que son basado principalmente en la compresión de un gas que contribuye al calentamiento global (Calentamiento global, también llamado calentamiento global, o…). Una solución alternativa consiste en utilizar materiales calóricos, que tienen la capacidad de producir un enfriamiento cuando se les somete a una fuerza cíclica (magnética, eléctrica o mecánica).
Investigadores del Laboratorio de investigación internacional (IRL) Engineering Science Lyon Tohoku, Materiales en condiciones extremas (Elytmax, CNRS/INSA Lyon/Centrale Lyon/Claude Bernard University (Claude Bernard, nacido el 12 de julio de 1813 en Saint-Julien (Rhône) et mort le…) Lyon 1/Universidad de Tohoku), produjo dos prototipos de un sistema de refrigeración basado en caucho elastocalórico. Estos resultados se publican en la revista Applied Thermal Engineering.
Prototipo de un dispositivo de refrigeración que consta de 55 tubos de caucho natural que conectan dos tanques. Cuando sufren un fuerte alargamiento, estos tubos elastocalóricos se calientan. La combinación de ciclos de elongación/retracción y circulación (Road traffic (Anglicismo: road traffic) es el movimiento de vehículos a motor…) de fluido en los tubos permite extraer calor (En el lenguaje cotidiano, las palabras calor y temperatura a menudo tienen un significado equivalente :…). La potencia frigorífica del sistema aumenta con el número de tubos colocados en paralelo.
© ELyTMaX El elemento básico del dispositivo es un simple tubo de caucho natural, que se calienta cuando se somete a un fuerte alargamiento (400% a 600%) y se enfría cuando se contrae. El tubo, bajo tensión cíclica, es atravesado por el fluido de transferencia de calor que también se mueve cíclicamente para crear un flujo neto de calor en una dirección.
Un primer estudio teórico, realizado en el marco del proyecto ANR ECPOR (acoplamiento elastocalórico en polímeros para la generación sólida de frío), validó el principio y permitió identificar los parámetros clave del funcionamiento del dispositivo. Los investigadores dieron un nuevo paso al construir prototipos de laboratorio que confirmaron el papel clave del grosor y el diámetro (en un círculo o una esfera, el diámetro es un segmento de línea que pasa por el centro…) del tubo en el intercambio de calor, mientras demostraba que tal dispositivo de refrigeración era potencialmente factible a mayor escala.
Los dos prototipos de laboratorio consisten respectivamente en 19 y 55 tubos finos de goma (de unos pocos milímetros de diámetro) colocados en paralelo entre dos tanques de agua y sometidos a ciclos de elongación por medio de un actuador. Los ciclos de elongación de tubos y circulación de fluidos dieron como resultado una potencia de refrigeración máxima de 3,5 vatios con el dispositivo de 55 tubos. A modo de comparación, la potencia necesaria para un frigorífico doméstico se mide en cientos de vatios y se cuenta en kW para el aire acondicionado. Pero a la vista de los resultados obtenidos gracias a la paralelización de los tubos, debería bastar con aumentar el número de ellos para ganar en potencia. La realización práctica del sistema (principio de actuación, fijación de los tubos y restricciones geométricas, distribución del fluido, etc.) ha dado lugar a soluciones innovadoras, que han sido objeto de una solicitud de patente.
Como parte de una colaboración franco-japonesa entre el laboratorio ELyTMaX, el Centro Térmico y de Energía de Lyon (CETHIL, CNRS/INSA Lyon), el Laboratorio de Ingeniería Eléctrica y Ferroelectricidad (los cristales ferroeléctricos tienen un momento dipolar eléctrico incluso en ausencia.. .) (LGEF, INSA Lyon) y el Instituto de Ciencias de Fluidos (Universidad de Tohoku en Japón), los científicos continúan analizando los mecanismos de transferencia de calor (Una transferencia de calor, más comúnmente llamada calor, es una transferencia de energía…) en el dispositivo , lo que mejorará aún más su rendimiento. Además, se realizan contactos con empresas del sector, en Francia y Japón, para valorar la posibilidad de desarrollar un sistema industrial.
Referencias
Refrigerador elastocalórico regenerativo a base de polímeros de alto rendimiento.
Gael Sebald, Giulia Lombardi, Gildas Coativy, Jacques Jay, Laurent Lebrun, Atsuki Komiya.
Ingeniería Térmica Aplicada, 25 de marzo de 2023.
https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120016
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