Refrigeración con material ecológico

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Investigadores de Reino Unido y España han identificado un sólido ecológico que podría sustituir a los gases, contaminantes y poco eficientes, en la mayoría de refrigeradores y aires acondicionados.

Cuando se someten a presión, los cristales de neopentilglicol producen una gran cantidad de efectos fríos — suficiente para competir con los enfriadores convencionales. Además, el material es accesible económicamente, disponible en gran proporción y con aplicaciones próximas a temperatura ambiente. Estos detalles se han publicado en la revista Nature Communications.

Los gases empleados actualmente en la gran mayoría de refrigeradores y aires acondicionados — hidrofluorocarbonados e hidrocarbonados (HFC’s y HC’s) — son tóxicos e inflamables. Cuando se liberan al exterior, contribuyen al calentamiento global.

«Los refrigeradores y aires acondicionados se basan en HFC’s y HC’s son relativamente ineficientes», comentaba el Doctor Xavier Moya, de la Universidad de Cambridge, quien dirije la invesatigación junto al Profesor Josep Lluís Tamarit, de la Universidad Politécnica de Cataluña.«Es importante debido a que los equipos de refrigeración y aire acondicionado, actualmente consumen el 5% de la energía producida a nivel mundial, y la demanda de frío no para de crecer´´.

Para solucionar estos problemas, científicos en materiales por todo el mundo han buscado refrigerantes sólidos alternativos. Moya, compañero investigador de la Royal Society en el departamento de ciencias de materiales y metalurgia en Cambridge, es uno de los líderes en este campo.

En su nueva investigación publicada, Moya y ayudantes de la Universidad Politécnica de Cataluña y la Universidad de Barcelona, detalla los importantes cambios térmicos producidos, bajo presión, en cristales plásticos.

Las técnicas de enfriamiento clásicas consisten en los cambios térmicos producidos cuando un fluido comprimido se expande. La mayoría de los equipos funcionan comprimiendo y expandiendo fluidos como HFC’s y HC’s. Según el fluido se expande, disminuye su temperatura y enfría sus proximidades.

Con sólidos, el enfriamiento se consigue mediante cambios en la estructura microscópica del material. Este cambio se puede conseguir por aplicación de un campo magnético, eléctrico o mediante fuerza mecánica. Durante décadas, estos efectos caloríficos han estado ocultos bajo los cambios producidos por fluidos, pero el descubrimiento de los enormes efectos térmicos por presión en cristales plásticos de neopentilglicol (NPG) y otros compuestos orgánicos similares que han aumentado el campo de aplicación.

Debido a la naturaleza de sus enlaces químicos, los materiales orgánicos son fáciles de comprimir, y el NPG se emplea ampliamente en síntesis de pinturas, poliésteres, plastificadores y lubricantes. No solo es de fácil adquisición, también es económicamente asequible.

Las moléculas de NPG, compuestas por carbón, hidrógeno y oxígeno, son casi esféricas e interaccionan entre sí de manera débil. Esta falta de enlaces en su estructura microscópica permite que las moléculas roten libremente de forma relativa.

El término «plástico» en «cristales plásticos» no se refiere a su composición química, más bien a su maleabilidad. Los cristales plásticos se caracterízan por propiedades entre sólidos y líquidos.

Comprimiendo el NPG se producen grandes cambios térmicos sin precedentes debido a la reconfiguración molecular que sufre. El cambio de temperatura producido es comparable al producido por HFC’s y HC’s.

El descubrimiento de estos enormes efectos caloríficos por presión en cristales plásticos, debe colocar este tipo de materiales a la cabeza de la investigación y desarrollo, para conseguir un enfriamiento seguro y ecológico sin afectar en la actuación del sistema.

Moya está trabajando junto a Cambridge Enterprise, el apartado comercial de la Universidad de Cambridge, para llevar esta tecnología al mercado.

Puede consultar la publicación completa en:

https://www.nature.com/articles/s41467-019-09730-9