Pesquisadores do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA projetaram e construíram um sistema modelo avançado que usa com sucesso quantidades muito pequenas de materiais magnetocalóricos para atingir o resfriamento do nível de refrigeração. O desenvolvimento marca um passo importante na criação de novas tecnologias para substituir a refrigeração por compressão de gás de 100 anos por sistemas de estado sólido com até 30% mais eficiência energética.

Chamado CaloriSMART — Small Modular Advanced Research-scale Test-station — o sistema foi projetado especificamente para a avaliação rápida de materiais em regeneradores sem um grande investimento em tempo ou manufatura. O teste inicial submeteu uma amostra de gadolínio a campos magnéticos sequenciais, fazendo com que a amostra alterne entre o aquecimento e o resfriamento. Usando bombas precisamente cronometradas para circular a água durante os ciclos de aquecimento e resfriamento, o sistema demonstrou poder de resfriamento sustentado de cerca de 10 watts, com um gradiente de 15 graus Celsius (pouco menos de 30 ° F) entre as extremidades quentes e frias usando apenas cerca de três centímetros cúbicos de gadolínio.

"Apesar das previsões, falharíamos devido às ineficiências e perdas previstas, nós sempre acreditamos que funcionaria, "disse o diretor do projeto CaloriCool e cientista do Ames Laboratory Vitalij Pecharsky, "mas ficamos agradavelmente surpresos com o quão bem funcionou. É um sistema notável e tem um desempenho excepcionalmente bom. A refrigeração magnética próxima à temperatura ambiente foi amplamente pesquisada por 20 anos, mas este é um dos melhores sistemas que já foi desenvolvido. "

Pecharsky deu os créditos à cientista do projeto Julie Slaughter e sua equipe pelo projeto do sistema que levou cerca de cinco meses para ser construído. Recursos de impressão 3-D foram usados ​​para customizar o coletor que contém a amostra e circula o fluido que realmente aproveita a potência de resfriamento do sistema. O sistema também possui ímãs personalizados de neodímio-ferro-boro que fornecem um campo magnético concentrado de 1,4 Tesla para a amostra, e o sistema de bombeamento em linha de precisão que circula o fluido.

"Precisamos apenas de 2 a 5 centímetros cúbicos de material de amostra - na maioria dos casos, cerca de 15 a 25 gramas, "Disse Slaughter." Estamos estabelecendo a referência com o gadolínio e sabemos que existem outros materiais que terão um desempenho ainda melhor. E nosso sistema deve ser escalonável (para resfriamento comercial) no futuro. "

"Mas a principal razão pela qual concebemos e construímos o CaloriSMART é para acelerar o design e o desenvolvimento de materiais calóricos para que eles possam ser movidos para o espaço de fabricação pelo menos duas a três vezes mais rápido em comparação com os cerca de 20 anos que normalmente leva hoje, "adicionou Pecharsky, que também é um distinto professor Anston Marston no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Estadual de Iowa.

O teste magnetocalórico é apenas o começo. O plano é atualizar o sistema para trabalhar com materiais elastocalóricos - que se aquecem e resfriam reversivelmente quando sujeitos a tensão ou compressão cíclica - e materiais eletrocalóricos - que fazem o

O coletor impresso 3-D contendo uma amostra de gadolínio. mesmo quando sujeito a mudanças no campo elétrico. O sistema irá operar até mesmo em um modo de campo combinado que permite que uma combinação de técnicas seja usada simultaneamente.

"Há um punhado de lugares estudando materiais elastocalóricos e eletrocalóricos, "Pecharsky disse, "mas ninguém tem os três em um só lugar e nosso sistema agora nos dá essa capacidade."