[ES] Este trabajo tiene como objetivo aportar una nueva luz a las posibilidades de que las tecnologías de refrigeración magnética se acerquen al mercado, desplazando de su trono a los sistemas de compresión de vapor. En la introducción a esta tesis, se presenta una breve descripción de los conceptos básicos de esta tecnología y sus "condiciones de frontera", y se incluyen algunas discusiones y reflexiones personales. Se ha diseñado y construido un prototipo rotatorio de refrigeración magnética para probar lo que, en ese momento y según nuestro conocimiento, constituye un nuevo diseño. La singularidad de este prototipo reside en el uso de electroválvulas en conjunto con un sistema de bombeo de fluido continuo. Otro comentario importante sobre este prototipo es que el diseño del imán se realizó mediante un proceso de optimización original. Se llevaron a cabo algunas pruebas con compuestos Gd y GdEr, y se presentan y discuten sus resultados, encontrando también las principales fuentes de pérdidas en el dispositivo. Se desarrolló un modelo de simulación por ordenador para evaluar los tiempos de relajación de temperatura de lechos porosos de esferas de un material magnetocalórico, en función de su diámetro. Esta simulación ayudó a conocer los valores límite y seleccionar el diámetro de las partículas de los materiales magnetocalóricos a utilizar. Finalmente, se realizó un estudio comparativo del uso de sistemas híbridos termoeléctricos-magnetocalóricos. Para ello, se introdujo una ecuación maestra original para el uso de esta tecnología con materiales de transición de primer orden y se programó un modelo informático para realizar simulaciones en diferentes condiciones de trabajo. Con esto, se determinó cómo debían seleccionarse los parámetros de trabajo del sistema para obtener mejoras de rendimiento con respecto a las condiciones de enfriamiento termoeléctrico puro. La tesis se estructura en una introducción general y dos partes separadas, a saber, la construcción de un prototipo rotatorio de refrigeración magnética y el estudio comparativo de sistemas híbridos termoeléctrico-magnetocalóricos. La introducción constituye un solo capítulo y las dos partes separadas comprenden ocho y dos capítulos, respectivamente.

[EN] This work is aimed to bring some new light to the possibilities of magnetic refrigeration technologies to be brought closer to the market, displacing vapor compression systems out of their throne. In the introduction to this thesis, a brief overview of the basics of this technology and its "boundary conditions" is presented and some discussions and personal reflections are included. A rotary magnetic refrigeration prototype has been designed and built, to test an at the time and to our knowledge, new design. This prototype's singularity resides in the use of solenoid valves in conjunction with a continuous fluid pumping system. Another important remark about this prototype is that the design of the magnet was done using an original optimization process. Some tests with Gd and GdEr compounds were done and their results are presented and discussed, also finding the main sources of losses in the device. A computer simulation model was developed to evaluate the temperature relaxation times of porous packed beds of spheres of a magnetocaloric material, as a function of their diameter. This simulation helped to know the limiting values and select the diameter of the magnetocaloric materials' particles to be used. Finally, a comparative study of the use of thermoelectric-magnetocaloric hybrid systems was done. For this purpose, an original master equation was introduced for the use of this technology with first order transition materials, and a computer model was programmed to carry out simulations under different working conditions. With this, it was determined how the working parameters of the system had to be selected to obtain performance improvements with respect to pure thermoelectric cooling conditions. The thesis is structured in a general introduction and two separate parts, namely, the building of a rotary magnetic refrigeration prototype and the comparative study of hybrid thermoelectric-magnetocaloric systems. The introduction constitutes a single chapter and the two separate parts comprise eight and two chapters, respectively.

Finalmente, como es preceptivo, termino agradeciendo el apoyo económico sufragando tanto los equipos desarrollados, como mi propio salario a: BSH Electrodomesticos España S.A., por sufragar el coste material de los equipos desarrollados con esta tesis, y mi salario buena parte del tiempo mediante el proyecto de investigación 2013/0011 (Elementos para un sistema de refrigeración magnética en el rango de temperatura de frigoríficos), Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICINN) and FEDER, project code MAT2017-86019-R.

Programa de Doctorado en Física.

Peer reviewed