Introduzione ai Sistemi Frigoriferi Magnetotermici

La refrigerazione magnetica è un metodo di refrigerazione basato sull'effetto magnetocalorico. Questo effetto fu scoperto nel 1881 e consiste nella risposta termica di un solido all'applicazione di un campo magnetico esterno. Questo comportamento è caratteristico di tutti i materiali ferromagnetici, ovvero i metalli di transizione e i lantanidi. Quando si applica un campo magnetico esterno a questi metalli, la loro temperatura aumenta a causa dell'allineamento degli spin atomici nelle direzione del campo magnetico applicato. Quando si rimuove il campo magnetico questi metalli si raffreddano a causa del disallineamento degli spin e della conseguente caoticità del loro orientamento. Il metallo che presenta il maggiore effetto calorico è il gadolinio, una metallo delle terre rare. E' oggi il materiale maggiormente utilizzato per progettare i frigoriferi a effetto magnetocalorico. Il maggiore limite di questo materiale è, però, la temperatura operativa; infatti, a temperatura ambiente il suo comportamento magnetocalorico diminuisce in modo significativo. Così, ha avuto origine lo studio di nuovi materiali e leghe che consentano di sfruttare l'effetto magnetocalorico. Si è scoperto che molte leghe di gadolinio con silicio e germanio risultano molto efficienti a temperatura ambiente, aprendo così la reale applicabilità di questo fenomeno magnetico alla refrigerazione industriale e civile. L'applicabilità ingegneristica dell'effetto magnetocalorico è stata sviluppata a metà del 1920, ma solo recentemente si è giunti alla sua sostenibilità economica, determinando un crescente interesse nelle applicazioni industriali di questo fenomeno su larga scala. La principale caratteristica dei frigoriferi a effetto magnetocalorico è l'assenza del compressore, che rappresenta l'organo meccanico più costoso e meno efficiente dei frigoriferi convenzionali a gas. Nei frigoriferi ad effetto magnetocalorico il compressore è sostituito dagli alloggiamenti del materiale magnetocalorico, dalle pompe di circolazione del fluido termovettore e dai sistemi di generazione e movimentazione del campo magnetico. In genere il fluido termovettore è composto da una soluzione di acqua ed etanolo.