Registro:
| Documento: | Tesis de Grado |
| Título: | Efecto magnetocalórico en sistemas combinados de manganitas |
| Autor: | Peluso, Dante |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | CONICET - Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA). Centro Atómico Constituyentes
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| Publicación en la web: | 2025-06-12 |
| Fecha de defensa: | 2024-07-29 |
| Fecha en portada: | Junio 2024 |
| Grado Obtenido: | Grado |
| Título Obtenido: | Licenciado en Ciencias Físicas |
| Departamento Docente: | Departamento de Física |
| Director: | Quintero, Mariano Horacio |
| Director Asistente: | Passanante, Sebastian Eduardo |
| Jurado: | Granja, Leticia Paula; Acha, Carlos Enrique; Raspa, Verónica Diana |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | EFECTO MAGNETOCALORICO; MATERIALES COMPUESTOS; MANGANITAS; REFRIGERACION MAGNETICAMAGNETOCALORIC EFFECT; COMPOSITE MATERIALS; MANGANITES; MAGNETIC REFRIGERATION |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nFIS000213_Peluso |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/seminario/seminario_nFIS000213_Peluso.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/seminario/document/seminario_nFIS000213_Peluso |
| Ubicación: | Dep.FIS 000213 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Peluso, Dante. (2024). Efecto magnetocalórico en sistemas combinados de manganitas. (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nFIS000213_Peluso |
Resumen:
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
Abstract:
The increasing rate of energy consumption and the harmful effects of current technologies on the environment highlight the need to develop new methods for sustainable energy production. Particularly, it has been observed that cooling systems consume a significant amount of energy compared to other technologies in residential and commercial contexts. According to the Institut International du Froid (IIF), an intergovernmental organization promoting knowledge and applications of refrigeration technologies to guide environmental policies, refrigeration, air conditioning, and heat pump systems reached an estimated five billion active units in 2019, representing 20% of global energy consumption [1]. Of these, two billion were domestic refrigeration systems [2], a number that has been steadily increasing, doubling between 1996 and 2008 [3]. In the United States, HVAC systems consume 31% of household energy [4]. In the European Union’s industrial sector, 42% of electricity consumption is dedicated to refrigeration and air conditioning [5]. Magnetic refrigeration emerges as a promising technology for reducing energy consumption [6]. Additionally, this method eliminates the use of ozone-depleting gases and greenhouse gases like chlorofluorocarbons (CFCs) and hydrochlorofluorocarbons (HCFCs), commonly used in traditional compression-expansion refrigeration systems [6]. Since the discovery of Giant Magnetocaloric Effect at room temperature in gadolinium-based alloys in 1997 [7], research has expanded to identify magnetic materials that can utilize this phenomenon for ambient temperature cooling applications. This mission can be divided into two major disciplines: the design and optimization of thermodynamic cycles based on the aforementioned effect, and fundamental research on magnetic materials, specifically how different properties affect the magnetocaloric effect. This work falls into the latter category, where the magnetic properties of mixed-valence manganese oxide systems, known as “manganites", were characterized through magnetization measurements to quantify their magnetocaloric effect using calculations of magnetic entropy change. Two manganite powder samples were used as the base for the experiment, with chemical compositions La0.75Sr25MnO3 y La0.305P r0.32Ca0.375MnO3. This enabled comparison of the properties of interest among the manganites and explored the advantages of developing composite systems from them to enhance exploitable characteristics of the magnetocaloric effect. It is anticipated that in these composite systems, the observed effect would be additive, equivalent to the sum of the effects of each constituent part. If successful, the observed effect would signify a significant step forward in identifying and qualifying materials for ambient temperature magnetic refrigeration applications. During this study, the Magnetocaloric Effect (MCE) was investigated in two samples of manganite powders with different doping levels, involving extensive characterization of their magnetic properties through experimental measurements. This was followed by calculation and analysis of the isothermal change in magnetic entropy to assess the observed MCE. Notably, a technique for developing new magnetocaloric materials via non-chemical mixing of substances was explored, demonstrating the potential utility of composite materials in improving desirable aspects of the MCE presented by their constituent parts. Moreover, results from these composite materials challenged the hypothesis that their magnetic entropy is equivalent to the weighted sum of their components’ entropies independently, thereby opening avenues for further studies on magnetic interactions between phases. Keywords: Magnetocaloric Effect Composite Materials Manganites Magnetic Refrigeration
Citación:
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Peluso, Dante. (2024). Efecto magnetocalórico en sistemas combinados de manganitas. (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nFIS000213_Peluso
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Peluso, Dante. "Efecto magnetocalórico en sistemas combinados de manganitas". Tesis de Grado, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2024.https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nFIS000213_Peluso
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