I sistemi di raffreddamento si basano generalmente sull'acqua pompata attraverso i tubi per rimuovere il calore indesiderato. Ora, ricercatori del MIT e in Australia hanno trovato un modo per migliorare il trasferimento di calore in tali sistemi utilizzando campi magnetici, un metodo che potrebbe prevenire gli hotspot che possono portare a guasti del sistema. Il sistema potrebbe essere applicato anche al raffreddamento di tutto, dai dispositivi elettronici ai reattori a fusione avanzati, dicono.

Il sistema, che si basa su un impasto liquido di minuscole particelle di magnetite, una forma di ossido di ferro, è descritto nel Giornale internazionale di trasferimento di calore e di massa , in un articolo scritto dai ricercatori del MIT Jacopo Buongiorno e Lin-Wen Hu, e altri quattro.

Hu, direttore associato del Laboratorio di reattori nucleari del MIT, afferma che i nuovi risultati sono il culmine di diversi anni di ricerca sui nanofluidi, le nanoparticelle disciolte in acqua. Il nuovo lavoro prevedeva esperimenti in cui il nanofluido di magnetite scorreva attraverso i tubi ed era manipolato da magneti posti all'esterno dei tubi.

I magneti, Hu dice, "attirare le particelle più vicine alla superficie riscaldata" del tubo, migliorando notevolmente il trasferimento di calore dal fluido, attraverso le pareti del tubo, e nell'aria esterna. Senza i magneti in posizione, il fluido si comporta proprio come l'acqua, senza alcun cambiamento nelle sue proprietà di raffreddamento. Ma con i magneti, il coefficiente di scambio termico è maggiore, lei dice, nel migliore dei casi, circa il 300 percento migliore rispetto all'acqua normale. "Siamo rimasti molto sorpresi" dall'entità del miglioramento, Hu dice.

I metodi convenzionali per aumentare il trasferimento di calore nei sistemi di raffreddamento impiegano caratteristiche come alette e scanalature sulle superfici dei tubi, aumentando la loro superficie. Ciò fornisce un certo miglioramento nel trasferimento di calore, Hu dice, ma non tanto quanto le particelle magnetiche. Anche, la fabbricazione di queste caratteristiche può essere costosa.

La spiegazione per il miglioramento nel nuovo sistema, Hu dice, è che il campo magnetico tende a far ammassare le particelle, forse formando una struttura a catena sul lato del tubo più vicino al magnete, interrompendo il flusso lì, e aumentando il gradiente di temperatura locale.

Mentre l'idea è stata suggerita in precedenza, non era mai stato dimostrato in azione, Hu dice. "Questo è il primo lavoro che conosciamo che lo dimostra sperimentalmente, " lei dice.

Un tale sistema sarebbe poco pratico per l'applicazione a un intero sistema di raffreddamento, lei dice, ma potrebbe essere utile in qualsiasi sistema in cui compaiono punti caldi sulla superficie dei tubi di raffreddamento. Un modo per affrontarlo sarebbe inserire un fluido magnetico, e magneti all'esterno del tubo vicino all'hotspot, per migliorare il trasferimento di calore in quel punto.

"È un modo accurato per migliorare il trasferimento di calore, " dice Buongiorno, professore associato di scienze e ingegneria nucleare al MIT. "Puoi immaginare magneti posti in posizioni strategiche, " e se quelli sono elettromagneti che si possono accendere e spegnere, "quando vuoi aumentare il raffreddamento, alzi i magneti, e ottenere un raffreddamento molto localizzato lì."

Mentre il trasferimento di calore può essere migliorato in altri modi, ad esempio pompando più velocemente il fluido di raffreddamento attraverso il sistema, tali metodi utilizzano più energia e aumentano la caduta di pressione nel sistema, che potrebbe non essere desiderabile in alcune situazioni.

Potrebbero esserci numerose applicazioni per un tale sistema, Buongiorno dice:"Si possono pensare ad altri sistemi che non richiedono necessariamente un raffreddamento a livello di sistema, ma raffreddamento localizzato." Ad esempio, microchip e altri sistemi elettronici possono avere aree soggette a forte riscaldamento. Anche nuovi dispositivi come i microsistemi "lab on a chip" potrebbero trarre vantaggio da tale raffreddamento selettivo, lui dice.

Andando avanti, Buongiorno dice, questo approccio potrebbe essere utile anche per i reattori a fusione, dove possono esserci "punti caldi localizzati in cui il flusso di calore è molto più alto della media".

Ma queste applicazioni rimangono bene in futuro, dicono i ricercatori. "Questo è uno studio di base al punto, " Buongiorno dice. "Semplicemente mostra che questo effetto accade."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.