Estudi i implementació de la refrigeració magnètica en ANSYS

Abstract

Aquest treball té l’objectiu d’estudiar i implementar un sistema de refrigeració relativament nou: la refrigeració magnètica es basa l’efecte magnetocalòric d’un material magnètic, en aquest cas, s’ha fet servir gadolini (Gd). El gadolini és dels pocs elements que presenten l’efecte magnetocalòric al voltant de la temperatura ambient, i ha estat molt estudiat pels investigadors per la seva versatilitat per fabricar-se en diferents formes i també perquè aquest efecte tèrmic és més elevat que els altres elements. L’efecte magnetocalòric d’un material és la resposta tèrmica quan aquest està sotmès a una variació de camp magnètic aplicat i en condicions adiabàtiques. En el cas de no satisfer les condicions adiabàtiques, l’efecte magnetocalòric es manifesta com un canvi en la entropia. El gadolini presenta un efecte magnetocalòric directe, és a dir, quan se li aplica un camp magnètic o bé incrementa la temperatura del material, normalment anomenat increment de temperatura adiabàtica (∆𝑇��𝑇��𝑎��𝑎��𝑎��𝑎��), o bé disminueix la seva entropia total. En el nostre cas, busquem aprofitar-nos d’aquest efecte a temperatures allà on sigui el seu màxim, donat que la refrigeració és en condicions ambientals, el gadolini compleix aquest requisit. Tal com es mostra en el treball, hi ha diferents cicles magnètics amb els quals obtindríem una refrigeració igual a la ∆𝑇��𝑇��𝑎��𝑎��𝑎��𝑎�� en el punt de treball, però usualment es fa servir el cicle AMR (Refrigeració Magnètica Activa) degut que el material treballa dins d’un rang de temperatura i no només en una temperatura específica

This work aims to study and implement a relatively cool system new: Magnetic cooling is based on the magnetocaloric effect of a magnetic material, in in this case, gadolinium (Gd) was used. Gadolinium is one of the few elements that has a magnetocaloric effect around it room temperature, and has been extensively studied by researchers for its versatility for manufacture in different forms and also because this thermal effect is higher than the other items. The magnetocaloric effect of a material is the thermal response when it is subjected to a variation of applied magnetic field and in adiabatic conditions. In case of not satisfying the adiabatic conditions, the magnetocaloric effect manifests itself as a change in entropy. Gadolini has a direct magnetocaloric effect, that is, when a field is applied to it magnetic or increases the temperature of the material, usually called an increase in adiabatic temperature (∆𝑇�𝑇�𝑎�𝑎�𝑎�𝑎�), or decreases its total entropy. In our case, we seek to take advantage of this effect at temperatures wherever they are maximum, since the refrigeration is in ambient conditions, the gadolini fulfills this one requirement. As shown in the work, there are different magnetic cycles with which we would get a cooling equal to ∆𝑇�𝑇�𝑎�𝑎�𝑎�𝑎� at the working point, but it is usually used the AMR (Active Magnetic Cooling) cycle because the material works within a range temperature and not just at a specific temperature