Investigadores de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) han desarrollado un dispositivo de refrigeración ecológico con un rendimiento de enfriamiento sin precedentes, sentando las bases para transformar las industrias que dependen de la refrigeración y reducir el uso global de energía.

Con un aumento de eficiencia superior al 48%, el nuevo elastocalóricoenfriamientoLa tecnología abre una vía prometedora para acelerar la comercialización de esta tecnología disruptiva y abordar los problemasdesafíos ambientalesasociados con los sistemas de refrigeración tradicionales.

La tecnología tradicional de refrigeración por compresión de vapor se basa en refrigerantes con un alto potencial de calentamiento global.La refrigeración elastocalórica de estado sólido basada en calor latente en la transición de fase cíclica de aleaciones con memoria de forma (SMA) proporciona una alternativa respetuosa con el medio ambiente, con sus características de refrigerantes SMA libres de gases de efecto invernadero, 100% reciclables y energéticamente eficientes.

Pero el relativamente pequeñotemperaturaLa elevación entre 20 y 50 K, que es un indicador de rendimiento crítico de la capacidad del dispositivo de enfriamiento para transferir calor desde una fuente de baja temperatura a un disipador de alta temperatura, ha obstaculizado la comercialización de esta tecnología emergente.

Para superar el desafío, el equipo de investigación dirigido por el Prof. Sun Qingping y el Prof. Yao Shuhuai del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial ha desarrollado un dispositivo de enfriamiento elastocalórico en cascada multimaterial hecho de aleaciones con memoria en forma de níquel-titanio (NiTi) y rompióel récord mundial por su rendimiento de refrigeración.

Seleccionaron tres aleaciones de NiTi con diferentes temperaturas de transición de fase para operar en el extremo frío, el extremo intermedio y el extremo caliente, respectivamente.Al hacer coincidir las temperaturas de trabajo de cada unidad con las temperaturas de transición de fase correspondientes, la ventana de temperatura superelástica general del dispositivo se amplió a más de 100 K y cada unidad de NiTi operó dentro de su rango de temperatura óptimo, lo que mejoró significativamente la eficiencia de enfriamiento.

El dispositivo de enfriamiento elastocalórico en cascada de múltiples materiales construido logró un aumento de temperatura de 75 K en el lado del agua, superando el récord mundial anterior de 50,6 K. Su avance de investigación, titulado "Un dispositivo de enfriamiento elastocalórico en cascada de múltiples materiales para un gran aumento de temperatura", fue publicado enEnergía de la naturaleza.

Aprovechando el éxito en el desarrollo de arquitecturas y materiales de enfriamiento elastocalóricos con muchas patentes y artículos publicados en revistas líderes, el equipo de investigación planea seguir desarrollando aleaciones y dispositivos con memoria de forma de alto rendimiento para aplicaciones de enfriamiento elastocalórico bajo cero y bombeo de calor a alta temperatura.Seguirán optimizandopropiedades de los materialesy desarrollar sistemas de refrigeración de alta eficiencia energética para impulsar la comercialización de esta tecnología innovadora.

La refrigeración y la calefacción de espacios representan el 20% del consumo total de electricidad del mundo y, según estimaciones de la industria, se prevé que se conviertan en la segunda mayor fuente de demanda mundial de electricidad para 2050.

"En el futuro, con el avance continuo de la ciencia de los materiales yIngeniería Mecánica, confiamos en que la refrigeración elastocalórica puede proporcionar soluciones de refrigeración y calefacción ecológicas y energéticamente eficientes de próxima generación para alimentar el enorme mercado mundial de refrigeración, abordando la urgente tarea de la descarbonización y la mitigación del calentamiento global", afirmó el profesor Sun.