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A2C - Consulenza tecnica specialistica News Progettazione Raggiunto il COP 5 con il Raffreddamento Magnetico
Raggiunto il COP 5 con il Raffreddamento Magnetico Stampa E-mail
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News Progettazione

Refrigerazione MagneticaIl raffreddamento magnetico è una tecnologia emergente che permette di raggiunge il COP 5 (coefficiente di prestazione) attraverso l'utilizzo dell'effetto magnetocalorico; in sintesi si tratta di un processo ecosostenibile, che utilizza magneti permanenti in prossimità di materiali fortemente paramagnetici, che trasferiscono calore a circuiti di scambio termico a seguito di una modificazione dell'allineamento dei dipoli magnetici.

L'effetto magnetocalorico è un processo magneto-termodinamico nel quale la variazione reversibile di temperatura di un opportuno materiale è causata dal cambiamento del campo magnetico. In generale quando il campo magnetico diminuisce i domini magnetici del materiale ferromagnetico assumono un'orientazione casuale rispetto al campo magnetico a causa della temperatura. Se il materiale è isolato in modo tale che non possa scambiare energia con l'esterno (processo adiabatico), la temperatura diminuisce poiché i domini magnetici assorbono energia termica per riorientarsi.

GadolinioIl Gadolinio (Gd) è il materiale con le migliori prestazioni di utilizzo in questo campo, poichè presenta una "Temperatura di Curie" di circa 20°C; per gli impianti che operano a temperature leggermente diverse, solitamente viene utilizzato un composto costituito da Gadolinio, Germanio e Silicio: Gd5 (Six GE1-x)4. Il gadolinio in natura non si trova allo stato nativo, ma solo combinato in minerali quali la gadolinite, la monazite e la bastnasite. Si presenta come una miscela di 5 isotopi stabili: 154-Gd, 155-Gd, 156-Gd, 157-Gd, 158-Gd, e di due radioattivi: 152-Gd e 160-Gd. Il 158-Gd è statisticamente il più abbondante. Le principali miniere si trovano in Cina, USA, Brasile, Sri Lanka, India e Australia; l'attuale estrazione annuale media è di 400 T/anno.

Attualmente, i prototipi di refrigeratori magnetici realizzati permetto di ottenere un COP 5, con una differenza di temperatura di refrigerazione di 7°C.
In sintesi il COP è il rapporto tra l'energia di raffreddamento ottenuta e l'energia elettrica necessaria; quindi maggiore è il valore e più grande è il risparmio energetico; ovvero con 1 kWh elettrico si possono ottenere 5 kWh termici.

Per comprendere meglio tale risultato si pensi che le miglior pompe di calore tradizionali attualmente raggiungono un coefficiente di prestazione (COP) di circa 4,5.

Refrigerazione magneticaIl ciclo termodinamico, con il quale la macchina funziona come un refrigeratore, può essere descritto dalle seguenti fasi:

  • Magnetizzazione adiabatica: la sostanza è posta in un ambiente isolato. L'aumento del campo magnetico esterno (+H) causa l'allineamento dei dipoli magnetici degli atomi, diminuendo così l'entropia e la capacità termica del materiale. Poiché l'energia totale è conservata e l'entropia diminuisce, il risultato è che la sostanza si scalda (T + ΔTad).
  • Trasferimento entalpico isomagnetico: questo calore aggiunto può essere rimosso da un fluido come elio (-Q). Il campo magnetico è mantenuto costante per impedire ai dipoli magnetici di riassorbire il calore. Una volta che il materiale è stato sufficientemente raffreddato viene separato dal refrigeratore.
  • Demagnetizzazione adiabatica: viene ridotto il campo magnetico, mantenendo la sorgente isolata dall'ambiente esterno (trasformazione adiabatica). I dipoli magnetici si orientano casualmente e il materiale si raffredda. L'energia (e l'entropia) è trasferita da entropia termica a magnetica (disordine di dipoli magnetici).
  • Trasferimento entropico isomagnetico: il campo magnetico è mantenuto costante per impedire al materiale di scaldarsi. Il materiale è posto in contatto con l'ambiente (caldo) che viene raffreddato, poiché durante la demagnetizzazione il materiale è raffreddato ad una temperatura inferiore di quella ambientale.

 

Ultimo aggiornamento Mercoledì 27 Maggio 2015 15:31
 

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