Refrigeraci N Magn Tica
Páginas: 6 (1311 palabras)
Publicado: 11 de marzo de 2015
Refrigeración Magnética: Principios y Aplicaciones.
Nataly Cubides (273431) ncubidesz@unal.edu.co
Universidad Nacional De Colombia-Sede Bogotá.
Resumen: la refrigeración magnética es una avanzada técnica que permitirá en un futuro reemplazar los refrigeradores tradicionales y con esto contribuir a la reducción de la contaminación (gases efecto invernadero y consumo de energía). Es unmétodo que aplica campos magnéticos opuestos para incrementar la temperatura de los materiales utilizados. La energía calórica se transporta a través de un fluido no volátil, por ejemplo el agua, y luego se invierte termodinámicamente para transformarla en una temperatura más fría.
Los sistemas de refrigeración (industriales y domésticos (Fig. 1)) se basan en la compresión y expansión de un gas.Cuando este se comprime pasa al estado liquido y al expandirse vuelve a ser gas, para realizar el proceso de evaporación el sistema necesita de calor, que lo toma del medio en que se encuentre por lo tanto enfría el medio. Pero los gases (como el R-134a y el R600a) que se utilizan en este ciclo, con el tiempo escapan a la atmosfera y se convierten en contaminantes al contribuir con el efectoinvernadero.
Figura 1. Sistema de refrigeración convencional.
Una de las principales alternativas que se ha estudiado actualmente es la refrigeración magnética (Fig. 2). Este método consiste en cambiar el principio de enfriamiento utilizado hasta ahora; en vez de gas utilizar un sólido magnético y en vez
de ciclos de compresión-expansión, utilizar ciclos de imantación1-desimantación. Esta nuevaalternativa tiene ventajas energéticas y ambientales, reduce la emisión de CO2, no utiliza químicos peligrosos como el amoniaco y alcanza eficiencias de Carnot2 que oscilan entre el 60% y 90% mientras la eficiencia máxima de los ciclos convencionales llega a un 40% (Hoyos, 2004).
Figura 2. Sistema de refrigeración magnético.
Los átomos magnéticos.
La materia está formada por átomos y entreellos, unos pocos (Cr, Mn, Fe, Co y Ni) tienen momento magnético (Fig. 3). El modelo de momentos magnéticos localizados considera que cada átomo tiene un momento magnético fijo sin hacer consideraciones sobre su estructura electrónica, esto permite describir el comportamiento de los materiales magnéticos a través de las leyes de Curie3 y Curie-Weiss4, la mayoría de los materiales ferro magnéticosespecialmente el gadolinio, cambian su orden magnético a paramagnético (Velazques, 2003).
Figura 3. Spin y momento orbital de un electrón.
A los momentos se opone la agitación térmica que tiende a desordenar la dirección en la que apunta cada uno de estos imanes atómicos. El resultado es que al aplicar el campo se pierde la mayor parte de la energía de agitación térmica de los momentosmagnéticos. Esta energía pasa en forma de calor al resto de los átomos del material y a los objetos que están en contacto térmico con él, consecuentemente la temperatura sube. En forma inversa, si el material está en presencia de un campo externo y de repente se suprime el campo, el material se enfría (Fernández, 2004).
Efecto Magneto calórico.
Todo sistema de refrigeración aprovecha el cambio de laentropía de un material debido a la variación ya sea de la presión o la magnetización para absorber y liberar energía. El efecto magneto calórico (MCE) es la absorción o emisión de calor cuando un material se somete al cambio de un campo magnético en un proceso donde la presión permanece constante (Hoyos, 2004).
Ciclo de refrigeración magnética.
El calentamiento y enfriamiento que ocurren en unciclo de refrigeración magnética son proporcionales al valor del momento magnético del material y a la intensidad del campo aplicado.
Tenemos, pues, un procedimiento para enfriar por debajo de la temperatura ambiente (Fig. 4).
Figura 4. Ciclo de refrigeración magnética.
La parte superior izquierda representa el material que contiene átomos con momento magnético, representados por flechas....
Nataly Cubides (273431) ncubidesz@unal.edu.co
Universidad Nacional De Colombia-Sede Bogotá.
Resumen: la refrigeración magnética es una avanzada técnica que permitirá en un futuro reemplazar los refrigeradores tradicionales y con esto contribuir a la reducción de la contaminación (gases efecto invernadero y consumo de energía). Es unmétodo que aplica campos magnéticos opuestos para incrementar la temperatura de los materiales utilizados. La energía calórica se transporta a través de un fluido no volátil, por ejemplo el agua, y luego se invierte termodinámicamente para transformarla en una temperatura más fría.
Los sistemas de refrigeración (industriales y domésticos (Fig. 1)) se basan en la compresión y expansión de un gas.Cuando este se comprime pasa al estado liquido y al expandirse vuelve a ser gas, para realizar el proceso de evaporación el sistema necesita de calor, que lo toma del medio en que se encuentre por lo tanto enfría el medio. Pero los gases (como el R-134a y el R600a) que se utilizan en este ciclo, con el tiempo escapan a la atmosfera y se convierten en contaminantes al contribuir con el efectoinvernadero.
Figura 1. Sistema de refrigeración convencional.
Una de las principales alternativas que se ha estudiado actualmente es la refrigeración magnética (Fig. 2). Este método consiste en cambiar el principio de enfriamiento utilizado hasta ahora; en vez de gas utilizar un sólido magnético y en vez
de ciclos de compresión-expansión, utilizar ciclos de imantación1-desimantación. Esta nuevaalternativa tiene ventajas energéticas y ambientales, reduce la emisión de CO2, no utiliza químicos peligrosos como el amoniaco y alcanza eficiencias de Carnot2 que oscilan entre el 60% y 90% mientras la eficiencia máxima de los ciclos convencionales llega a un 40% (Hoyos, 2004).
Figura 2. Sistema de refrigeración magnético.
Los átomos magnéticos.
La materia está formada por átomos y entreellos, unos pocos (Cr, Mn, Fe, Co y Ni) tienen momento magnético (Fig. 3). El modelo de momentos magnéticos localizados considera que cada átomo tiene un momento magnético fijo sin hacer consideraciones sobre su estructura electrónica, esto permite describir el comportamiento de los materiales magnéticos a través de las leyes de Curie3 y Curie-Weiss4, la mayoría de los materiales ferro magnéticosespecialmente el gadolinio, cambian su orden magnético a paramagnético (Velazques, 2003).
Figura 3. Spin y momento orbital de un electrón.
A los momentos se opone la agitación térmica que tiende a desordenar la dirección en la que apunta cada uno de estos imanes atómicos. El resultado es que al aplicar el campo se pierde la mayor parte de la energía de agitación térmica de los momentosmagnéticos. Esta energía pasa en forma de calor al resto de los átomos del material y a los objetos que están en contacto térmico con él, consecuentemente la temperatura sube. En forma inversa, si el material está en presencia de un campo externo y de repente se suprime el campo, el material se enfría (Fernández, 2004).
Efecto Magneto calórico.
Todo sistema de refrigeración aprovecha el cambio de laentropía de un material debido a la variación ya sea de la presión o la magnetización para absorber y liberar energía. El efecto magneto calórico (MCE) es la absorción o emisión de calor cuando un material se somete al cambio de un campo magnético en un proceso donde la presión permanece constante (Hoyos, 2004).
Ciclo de refrigeración magnética.
El calentamiento y enfriamiento que ocurren en unciclo de refrigeración magnética son proporcionales al valor del momento magnético del material y a la intensidad del campo aplicado.
Tenemos, pues, un procedimiento para enfriar por debajo de la temperatura ambiente (Fig. 4).
Figura 4. Ciclo de refrigeración magnética.
La parte superior izquierda representa el material que contiene átomos con momento magnético, representados por flechas....
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