Il futuro della refrigerazione potrebbe risiedere nei materiali a memoria di forma. A sostenerlo è un team di ricercatori guidati dai professori Stefan Seelecke e Andreas Schütze dell'Università del Saarland e da Gunther Eggeler e Jan Frenzel della Ruhr University di Bochum, in Germania, che stanno sviluppando un nuovo metodo di raffreddamento in cui il calore e il freddo vengono trasferiti utilizzando una lega in nichel-titanio che ricorda i nostri muscoli.
Approfonditi test hanno dato ottimi risultati che sono attualmente utilizzati per sviluppare un circuito di raffreddamento prototipo che servirà per aumentare ulteriormente l'efficienza del processo. La Fondazione tedesca per la ricerca (DFG), che ha finanziato il progetto negli ultimi tre anni ha deciso di investire altri 500mila euro, per un totale di 950mila euro di finanziamenti.
Il processo di raffreddamento che gli scienziati stanno sviluppando non richiede l'utilizzo di refrigeranti e prevede un consumo di energia nettamente inferiore rispetto alle tecnologie di raffreddamento convenzionali.
Le leghe a memoria di forma funzionano come i nostri muscoli
"Nei nostri sistemi le leghe a memoria di forma (SMA) sono utilizzate per rimuovere il calore", spiega Stefan Seelecke. "I materiali a memoria di forma sono filamenti o strati realizzati in una lega di nichel-titanio che dimostrano una capacità di ricordare loro forma originale. Se subiscono deformazioni sono in grado di tornare alla loro forma precedente. Si tendono e rilassano come fanno i muscoli. Il fatto che essi assorbano e rilascino calore durante questi movimenti è ciò che sfruttiamo per ottenere il raffreddamento."
Le sollecitazioni fanno scaldare e poi raffreddare il materiale
Se un filo o un foglio di nichel-titanio viene deformato o messo in tensione, la struttura del suo reticolo cristallino cambia provocando una reazione di stress al materiale. Questo cambiamento nella struttura cristallina, noto come una transizione di fase, fa riscaldare la lega a memoria di forma. Se poi al materiale viene concesso di 'distendersi' dopo un processo di equalizzazione della temperatura con l'ambiente, esso subisce un raffreddamento sostanziale ad una temperatura di circa 20 ° rispetto alla temperatura ambiente.
Negli studi sperimentali e di modellazione svolti finora i ricercatori della Saarland University e il Center for Mechatronics and Automation Technology (ZeMA) di Saarbrücken hanno dimostrato che questo meccanismo di raffreddamento può essere utilizzato nella pratica. Hanno utilizzato un modello di sistema per determinare come ottimizzare l'efficienza del processo di raffreddamento, esaminando alcuni fattori quali: con quanta forza il materiale deve essere allungato o piegato per ottenere una determinata prestazione in termini di raffreddamento e se il processo è più efficace quando questa tensione viene effettuata lentamente o rapidamente. E' stata utilizzata una termocamera per analizzare con precisione l'evoluzione delle fasi di riscaldamento e raffreddamento.
Prototipo di sistema di raffreddamento ad aria
"Al momento stiamo utilizzando questi risultati per costruire un prototipo ottimizzato per un sistema di raffreddamento ad aria- ha spiegato il professor Schütze. Stiamo creando un ciclo di raffreddamento in cui l'aria calda passa su un lato di un fascio rotante di fili a memoria di forma. Stiamo utilizzando dei fili multipli sono per migliorare la potenza di raffreddamento. Il fascio viene sollecitato meccanicamente su un lato mentre ruota, riscaldando così i fili SMA e mentre ruota ulteriormente la SMA rilassa e si raffredda. L'aria da raffreddare viene condotta dal fascio di fili allo spazio circostante."
Il team di ingegneri stanno attualmente lavorando per ottimizzare l'efficienza del processo, modellandone tutte le fasi.
"I dati della modellazione e dello studio sperimentale dovrebbero consentire la determinazione del numero ideale di fili a memoria di forma così come la velocità ottimale di rotazione" conclude Schütze.
