Ames Laboratory nuovo modo di refrigerare l’aria grazie alla stampa 3d usando materiali magnetocalorici

Ames Laboratory utilizza la stampa 3D per progettare un nuovo sistema di refrigerazione efficiente dal punto di vista energetico

Una nuova svolta nella refrigerazione è stata raggiunta dai ricercatori del Laboratorio Ames del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, e la stampa 3D è stata una parte importante di esso. I ricercatori hanno fatto uso della tecnologia per progettare e costruire un nuovo sistema di modelli avanzati, che ha utilizzato con successo piccolissime quantità di materiali magnetocalorici per raggiungere il raffreddamento a livello di refrigerazione. Ciò indica la strada verso lo sviluppo di sistemi di raffreddamento a stato solido più efficienti dal punto di vista energetico, per sostituire la refrigerazione a compressione di gas antiquata che è più comunemente utilizzata oggi.

Conosciuto come CaloriSMART (piccola stazione di prova per la ricerca avanzata su scala modulare), il sistema è stato progettato specificamente per la valutazione rapida dei materiali nei rigeneratori. Era destinato a ridurre notevolmente i tempi di produzione. Per testare il sistema, i ricercatori hanno sottoposto un campione di gadolinio a campi magnetici sequenziali. Ciò ha causato l’alternanza del campione tra riscaldamento e raffreddamento. Usando pompe temporizzate per far circolare l’acqua durante i cicli di riscaldamento e raffreddamento, il sistema ha dimostrato una potenza di raffreddamento sostenuta di circa 10 watt, con un gradiente di 15 gradi Celsius (appena sotto i 30 ° F) tra le estremità calde e fredde utilizzando solo circa tre centimetri cubici di gadolinio.

“Nonostante le previsioni avremmo fallito a causa di inefficienze e perdite anticipate, abbiamo sempre creduto che avrebbe funzionato”, ha detto il direttore del progetto CaloriCool e lo scienziato del laboratorio Ames Vitalij Pecharsky, “ma siamo rimasti piacevolmente sorpresi dal modo in cui ha funzionato. Funziona eccezionalmente bene La refrigerazione magnetica a temperatura ambiente è stata ampiamente studiata per 20 anni, ma questo è uno dei migliori sistemi che è stato sviluppato. ”

La progettazione e la costruzione del sistema hanno richiesto circa 5 mesi in totale. La stampa 3D ha permesso al team di personalizzare il collettore. Questa è la parte del sistema che contiene il campione e fa circolare il fluido che effettivamente sfrutta la potenza di raffreddamento del sistema. Altre parti del sistema includono magneti al neodimio-ferro-boro personalizzati che forniscono un campo magnetico concentrato di 1,4 Tesla al campione e un sistema di pompaggio in linea di precisione che fa circolare il fluido.

“La ragione principale per cui abbiamo ideato e realizzato CaloriSMART è di accelerare la progettazione e lo sviluppo di materiali calorici in modo che possano essere spostati nello spazio di produzione almeno due o tre volte più velocemente rispetto ai 20 anni circa che normalmente richiede”, ha aggiunto Pecharsky , che è anche un illustre professore di Anston Marston presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali della Iowa State University.

Dopo i loro test di successo con materiali magnetocalorici, il team ha intenzione di aggiornare il sistema per lavorare con altri tipi di materiali. Sono previsti materiali elastocalorici, che si riscaldano e si raffreddano in modo reversibile quando sottoposti a tensione ciclica o compressione, così come i materiali elettrocalorici. Avere tutti e tre questi tipi di materiali compatibili con un sistema sarebbe il primo e semplificherebbe questo tipo di ricerca in un modo che potrebbe solo aiutare i futuri progetti di refrigerazione. Il futuro appare luminoso per questo processo di refrigerazione ecologico ed energeticamente efficiente, che secondo il team è scalabile per la produzione su larga scala, rendendo presto disponibile sul mercato una nuova forma di raffreddamento sostenibile.

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