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.