Estudio de la generación de temperaturas subambientales en un proceso termodinámico basado en el efecto magnetocalórico mediante prototipado y análisis termomagnético

Resumen

La refrigeración magnética (RM) a temperatura ambiente es una tecnología emergente, y muestra un potencial real para entrar en los mercados tradicionales de equipos de refrigeración y climatización. El principio de la RM obedece al efecto magnetocalórico (MCE), el cual se basa en el efecto provocado por un campo magnético sobre los materiales que poseen la propiedad de variar la entropía magnética, así como su temperatura, al variar el campo magnético. Esta tesis se centra en el estudio de la consecución de temperaturas subambientales entorno a temperatura ambiente mediante prototipado y análisis experimental de un sistema de RM con un diseño novedoso y simple, usando imanes permanentes y un regenerador magnético activo (AMR) con Gadolinio como refrigerante sólido. Previamente se revisa la teoría que sustenta el MCE y su termodinámica, y se describen los ciclos de RM de Carnot, Brayton, Ericsson, AMR y cascada de cara al establecimiento de criterios de selección en función de sus prestaciones. Asimismo, se analiza también el modo de operación de las dos categorías básicas en las cuales se pueden dividir los prototipos de refrigeradores AMR (rotativos y alternativos). Se lleva a cabo una revisión de los prototipos alternativos lineales más recientes e importantes, aportando conceptos de diseño y características de funcionamiento, con el objetivo de determinar posibles mejoras y su implementación en el prototipado experimental. El prototipo experimental se diseñó y construyó con el objetivo de estudiar, analizar, comprobar y validar la efectividad en cuanto a: a) Una nueva arquitectura para un ciclo AMR con un enfriamiento continuo en el intercambiador de foco frío b) Diferencia de temperatura alcanzado entre focos térmicos c) Capacidad y potencia de enfriamiento d) Reducción de la fuerza neta necesaria para el desplazamiento del AMR en el proceso de magnetización y desmagnetización a través de un sistema único de compensación de fuerzas.