Inspirada en los panales de abejas, una estructura de refrigeración de bajo coste dura más de 100 millones de ciclos
Techxplore.com/Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong
07/11/2026/Editado por Lisa Lock , revisado por Robert Egan.
La esencia
Mediante un innovador método de "estampado y apilamiento", el equipo fabricó de forma rentable chips de aleación con memoria de forma (SMA) porosos y los ensambló en una estructura refrigerante elastocalórica ultrarresistente, capaz de soportar más de 100 millones de ciclos, allanando el camino para el despliegue a gran escala de la tecnología de refrigeración elastocalórica. Crédito: Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong.
A medida que la demanda mundial de refrigeración sigue creciendo, la necesidad urgente de tecnologías de refrigeración sostenibles se hace cada vez más evidente. Los sistemas convencionales de compresión de vapor siguen siendo muy costosos en términos energéticos, y los refrigerantes pueden contribuir al efecto invernadero. El equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) ha fabricado una estructura de refrigerante elastocalórico ultrarresistente y de bajo costo, inspirada en la arquitectura porosa apilada de los panales de abejas, que funcionó durante más de 100 millones de ciclos de refrigeración con una vida útil estimada de más de 10 años.
Este método de fabricación aumenta sustancialmente la eficiencia de la producción y reduce los costos, allanando el camino para la implementación práctica de la refrigeración elastocalórica. Los hallazgos se publicaron recientemente en la revista Science bajo el título "Estructura porosa apilada de NiTi con bajo costo y vida útil ultraalta para la refrigeración elastocalórica".
Equilibrar la transferencia de calor, la durabilidad y el coste
La refrigeración elastocalórica absorbe y libera calor mediante la transformación de fase reversible de las aleaciones con memoria de forma (AMF), lo que ofrece una alternativa de estado sólido muy prometedora a la refrigeración convencional. Sin embargo, lograr la combinación de una rápida transferencia de calor, una alta fiabilidad mecánica y un bajo coste de fabricación en las estructuras refrigerantes de AMF sigue siendo un reto importante para su aplicación práctica.
La mayoría de las estructuras existentes se basan en tubos, placas y alambres comerciales, o en estructuras de paredes delgadas fabricadas mediante mecanizado por electroerosión con hilo. Estos métodos suelen implicar altos costos de producción, una fabricación lenta y una mayor susceptibilidad a la fatiga y al pandeo bajo cargas repetidas. Estas limitaciones han dificultado la implementación a gran escala de la tecnología de refrigeración elastocalórica.
Sun Qingping, catedrático del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la HKUST y autor principal del estudio, afirmó: «La fabricación rentable de estructuras refrigerantes es un factor clave para determinar si la refrigeración elastocalórica puede pasar de los prototipos de laboratorio a los productos de producción en masa. Estas estructuras deben ofrecer una rápida transferencia de calor, una fiabilidad mecánica extremadamente alta y, al mismo tiempo, un bajo coste de fabricación. Lograr estas tres características ha sido un reto constante en este campo».
Las virutas apiladas resisten las grietas y reducen los costos
Para abordar estos desafíos, un equipo liderado por Sun ha desarrollado un método de "estampado y apilamiento". En este enfoque, las láminas delgadas comerciales de SMA se estampan en chips porosos y se apilan para formar una estructura tubular de refrigerante. Inspirándose en la excepcional robustez mecánica del bambú y las arquitecturas de panal, la estructura en capas integra una transferencia de calor eficiente, una fiabilidad estructural excepcional y una fabricación rentable. La estructura de refrigerante resultante presenta tres ventajas clave:Fabricación rápida y de bajo coste: El proceso de estampado puede producir 100 chips SMA por minuto, lo que lo hace más de 100 veces más rápido y un 95 % más económico que el método de mecanizado por descarga eléctrica con hilo (WEDM) existente.
Durabilidad estructural ultraelevada: La estructura del refrigerante se ensambla a partir de chips porosos individuales en lugar de una única estructura tubular larga. Las interfaces entre chips adyacentes ayudan a detener la propagación de grietas a través de la estructura y previenen fallas catastróficas por división longitudinal. Las pruebas demostraron que la estructura del refrigerante soporta más de 100 millones de ciclos de funcionamiento, lo que corresponde a una vida útil estimada de más de 10 años bajo las condiciones de funcionamiento probadas.
Rendimiento de refrigeración prometedor: utilizando solo una unidad refrigerante de 30 mm de longitud que contiene 200 chips SMA apilados, el equipo construyó un prototipo de refrigeración elastocalórica que alcanzó un rango de temperatura máximo de 11,7 K y una potencia de refrigeración específica de 3,85 W g⁻¹, demostrando un excelente rendimiento de refrigeración.
Sun afirmó: «Los avances recientes han demostrado la importante capacidad de refrigeración de la tecnología elastocalórica. Sin embargo, es igualmente importante la capacidad de fabricar estructuras refrigerantes fiables de forma rentable. Nuestro diseño apilado combina materiales SMA de alto rendimiento con un proceso de fabricación de bajo coste, lo que proporciona una vía práctica para la producción a gran escala de estructuras de refrigeración elastocalóricas».
Optimización del rendimiento para uso comercial
Este novedoso método de fabricación no se limita al estampado de láminas delgadas de SMA. También se podrían fabricar estructuras refrigerantes similares a partir de láminas delgadas de SMA producidas mediante corte o grabado láser. En adelante, el equipo se centrará en mejorar el rendimiento de la transferencia de calor, desarrollar sistemas de actuación más eficientes energéticamente y diseñar SMA de mayor rendimiento para optimizar aún más la eficiencia y la capacidad de refrigeración de los dispositivos elastocalóricos, acelerando así la comercialización de esta tecnología potencialmente transformadora.
El equipo ha presentado varias solicitudes de patente internacionales para esta tecnología con el fin de acelerar su comercialización.
Este último logro representa el tercer avance del equipo de investigación en un año. En enero, desarrollaron el primer congelador elastocalórico ecológico del mundo capaz de alcanzar los -12 °C, cuyos hallazgos se publicaron en la revista Nature . En agosto, perfeccionaron una aleación de NiTiCuCo resistente a la fatiga y construyeron el primer dispositivo de refrigeración elastocalórica sin degradación del mundo, capaz de ofrecer un rendimiento de refrigeración estable a largo plazo. Los resultados se publicaron en la revista Joule .
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Detalles de la publicación
Changfeng Su et al., Estructura porosa apilada de NiTi con bajo costo y vida útil ultraalta para enfriamiento elastocalórico, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aeh7074
Conceptos clave: Materiales para la gestión de la energía térmica
Proporcionado por: Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong.
¿Quién está detrás de esta historia?
Lisa Lock: Licenciada en Historia del Arte, Máster en Cultura Material. Exeditora de museo, paramédica y coordinadora de trasplantes. Editora de Science X desde 2021. Perfil completo →
Robert Egan: Licenciada en biología matemática, máster en escritura creativa. Ha viajado mucho y posee perspectivas únicas sobre la ciencia y el lenguaje. Perfil completo →
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