Efecto magnetocalórico en sistemas combinados de manganitas - Peluso, Dante (2024)
La creciente tasa de consumo energético y los efectos nocivos de las actuales tecnologías sobre el medio ambiente presentan la necesidad de desarrollar nuevos métodos de producción de energía sustentable. Particularmente, se ha observado que la refrigeración supone un mayor consumo energético en comparación a otras tecnologías en contextos residenciales y comerciales. Según la Institut International du Froid (IIF), una organización intergubernamental que busca promover y esparcir conocimiento sobre este tipo de tecnologías y sus aplicaciones, para así guiar políticas ambientalistas, estima que los sistemas de refrigeración, aire acondicionado y bombas de calor operativos en el mundo alcanzaron en 2019 la cifra total de cinco mil millones, representando un 20 % de la energía consumida a nivel mundial [1]. De esa cifra, dos mil millones son sistemas domésticos de refrigeración [2], cantidad que se encuentra en constante aumento, como fue observado en el periodo entre 1996 y 2008, donde duplicó su número [3]. En los Estados Unidos, los sistemas de climatización consumen un 31 % de la energía de los hogares [4]. Se estima que del área de servicios del sector industrial de la Unión Europea un 42 % del consumo de electricidad está dedicado a la refrigeración y al aire acondicionado [5]. La refrigeración magnética resulta ser una tecnología prometedora en términos de disminución del consumo energético [6]. Además, este método de refrigeración elimina el uso de gases como los clorofluorocarburos (CFCs) e hidroclorofluorocarburos (HCFCs), los cuales están presentes en los métodos tradicionales [6], que funcionan mediante compresión y expansión de estos mismos gases. Éstos tienen un impacto negativo en el ambiente ya que afectan la capa de ozono y generan otros grases de efecto invernadero. Tras el descubrimiento del Efecto Magnetocalórico Gigante a temperatura ambiente en aleaciones a base de gadolinio en 1997 [7], ha aumentado y se ha diversificado la búsqueda de materiales magnéticos que puedan aprovechar este fenómeno para aplicaciones de refrigeración a temperatura ambiente. Esta misión puede dividirse en dos grandes disciplinas, la tarea de diseño y optimización de ciclos termodinámicos basados en el efecto anteriormente mencionado, y la investigación básica de materiales magnéticos, específicamente cómo distintas propiedades de estos sistemas afectan al efecto magnetocalórico. Este trabajo pertenece a la segunda categoría, donde se caracterizaron las propiedades magnéticas de sistemas de óxidos de manganeso de valencia mixta o “manganitas” mediante mediciones de magnetización, para luego con ello cuantificar el efecto magnetocalórico presente en las mismas utilizando cálculos del cambio de entropía magnética. Se utilizan como base dos muestras en polvo de composiciones La0.75Sr25MnO3 y La0.305P r0.32Ca0.375MnO3. Así, se comparan las propiedades de interés de las manganitas utilizadas, así como las ventajas de desarrollar sistemas combinados a partir de las mismas para mejorar las características explotables del efecto antes mencionado. Se espera para estos últimos sistemas, que el efecto observado sea aditivo, es decir equivalente a la suma del efecto registrado en cada una de sus partes constituyentes. De ser fructuoso el efecto observado, significaría un paso adelante en la búsqueda y calificación de materiales para aplicaciones de refrigeración magnética a temperatura ambiente. Durante este trabajo se estudió el EMC en dos muestras de polvos de manganita de distintos dopajes, realizando para ello una extensiva caracterización de las propiedades magnéticas de estos materiales mediante mediciones experimentales. Luego se calcula y analiza el cambio isotérmico de entropía magnética para la calificación del EMC observado. Y principalmente, se aborda una técnica de desarrollo de nuevos materiales magnetocalóricos mediante la mezcla no química de las sustancias, una forma de material compuesto formado por la mezcla de polvos. Se realizaron para estas nuevas muestras los mismos estudios de caracterización magnética y de EMC, comparando sus propiedades con las descritas para las manganitas sin mezcla. Los resultados obtenidos en los materiales compuestos sirvieron como prueba de concepto para su utilidad a la hora de mejorar aspectos deseables del EMC presentado en sus partes constituyentes, a la vez que permitieron el rechazo de la hipótesis de que la entropía magnética de este tipo de materiales compuestos es equivalente a la suma ponderada de la entropía de sus componentes de manera independiente, abriendo así, la puerta a nuevos estudios de las interacciones magnéticas entre fases. Palabras Clave: Efecto Magnetocalórico Materiales Compuestos Manganitas Refrigeración Magnética