[Entrevista] Enfriar sin refrigerantes: Cómo Samsung es pionera en la refrigeración Peltier de nueva generación

El 28 de junio, Samsung Electronics, junto con el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins, publicó un artículo sobre la tecnología de refrigeración Peltier de nueva generación en la prestigiosa revista científica Nature Communications.

El equipo desarrolló con éxito un dispositivo Peltier semiconductor de película fina de alta eficiencia utilizando tecnología de nanoingeniería y demostró la refrigeración sin refrigerante, destacando el potencial para ofrecer un rendimiento excepcional sin refrigerantes convencionales.

Anteriormente, en 2024, Samsung Electronics abrió un nuevo capítulo en la tecnología de refrigeración con el lanzamiento del Bespoke AI Hybrid Refrigerator, que combina dispositivos Peltier con compresores de alta eficiencia. Al igual que un vehículo híbrido, este sistema cambia de forma inteligente entre los dos métodos de refrigeración en función del que mejor se adapte a la situación.

Si el Bespoke AI Hybrid Refrigerator supuso un gran paso adelante, la nueva tecnología Peltier de película fina desarrollada con Johns Hopkins APL representa un salto hacia el futuro. ¿Cómo se aplicará esta innovación a los equipos y cómo se configurará la tecnología de refrigeración del futuro? Para averiguarlo, Samsung Newsroom habló con Sungjin Jung, de Samsung Research, que ha dirigido el desarrollo de la tecnología, y con Hajin Jeong, de la división DA (Digital Appliances) de Samsung Electronics, que trabaja para integrarla en la próxima generación de refrigeradores de Samsung.

▲ (De izquierda a derecha) Hajin Jeong, del Refrigerator Platform Lab de DA Business de Samsung Electronics, y Sungjin Jung, del equipo de Life Solutions de Samsung Research.

¿Control preciso de la temperatura con dispositivos semiconductores? Principios de la tecnología de refrigeración Peltier

Los refrigeradores convencionales funcionan mediante la tecnología de compresión de vapor. En este sistema, el gas refrigerante se comprime hasta convertirse en líquido y luego se evapora repetidamente para absorber y liberar calor, reduciendo así la temperatura interna. Aunque este método de refrigeración, muy extendido, ha demostrado su eficacia, el uso de refrigerantes plantea problemas medioambientales y existen limitaciones a la hora de reducir el consumo de energía, por lo que resulta difícil mantenerlo en el futuro y adaptarlo a las necesidades cambiantes. Además, los voluminosos compresores y los complejos componentes mecánicos inherentes a este sistema limitan el diseño de los refrigeradores.

En cambio, la tecnología de refrigeración Peltier adopta un enfoque diferente. Como método basado en semiconductores que utiliza la electricidad para transferir calor, la refrigeración Peltier utiliza el efecto Peltier, en el que una corriente eléctrica que pasa por ambos extremos de un dispositivo Peltier hace que un lado absorba calor mientras que el otro lo libera.

▲El efecto Peltier

Utilizando el efecto Peltier, la superficie que absorbe el calor y enfría puede colocarse en el interior del refrigerador, mientras que la superficie que libera el calor absorbido puede situarse en el exterior, lo que reduce eficazmente la temperatura interna. La mayor ventaja de este método es su control preciso del flujo de calor utilizando sólo electricidad. Además, su estructura sencilla en comparación con los sistemas mecánicos basados en refrigerantes permite una mayor flexibilidad en el diseño del refrigerador.

Avanzar en la tecnología Peltier y ampliar las posibilidades mediante la colaboración mundial

A principios de 2023, Samsung Electronics intensificó la colaboración entre organizaciones, reuniendo a DA Business, Samsung Research y Global Technology Research, para comercializar la tecnología de refrigeración Peltier y mejorar su rendimiento. El DA Business se centró principalmente en el desarrollo de productos basados en la tecnología Peltier, lo que llevó al lanzamiento del Bespoke AI Hybrid Refrigerator a principios de 2024. Samsung Research y Global Technology Research, por su parte, impulsaron el avance tecnológico mediante el desarrollo de dispositivos Peltier de alto rendimiento con mayor rendimiento y durabilidad.

Más o menos al mismo tiempo, Samsung Research también inició esfuerzos de colaboración global para perseguir avances en tecnologías fundamentales. A finales de 2023, se asoció con Johns Hopkins APL en Estados Unidos para lanzar un proyecto de investigación conjunta a gran escala de ocho meses de duración en abril del año siguiente.

El objetivo principal de esta investigación conjunta era aprovechar la tecnología de dispositivos Peltier de película fina nanométrica de la Universidad Johns Hopkins para aumentar la potencia de los dispositivos Peltier convencionales de milivatios a varias decenas de vatios, allanando el camino para un sistema Peltier de película fina de alta eficiencia adecuado para su integración en equipos para hogares.

▲ Investigadores de Samsung Research y Johns Hopkins APL (izquierda); el dispositivo Peltier de película fina de alta eficiencia que han desarrollado conjuntamente (derecha).

A lo largo del proyecto, Samsung Electronics demostró especialmente sus puntos fuertes en diseño de sistemas y tecnología de envasado. Dado que la refrigeración Peltier implica que la absorción y la generación de calor se produzcan simultáneamente en lados opuestos del dispositivo, el rendimiento puede descender bruscamente si no se minimiza la diferencia de temperatura entre ambos lados. Durante el proceso de aplicación de los dispositivos Peltier de nanopelícula – estructurados de forma diferente a los convencionales – directamente a los refrigeradores, surgieron problemas como el aumento de la resistencia térmica de contacto, que dificultaba la transferencia de calor, o la inestabilidad del rendimiento. Por ello, las soluciones de embalaje que permiten una transferencia de calor eficiente a ambos lados del dispositivo Peltier se convirtieron en uno de los componentes básicos para desarrollar un sistema de refrigeración Peltier de alta eficiencia. 

“Diseñamos un nuevo método de embalaje para convertirnos en los primeros del mundo en aplicar dispositivos Peltier de película nanométrica a los refrigeradores”.

– Sungjin Jung, Samsung Research, Samsung Electronics

▲ Sungjin Jung, de Samsung Research

“Mediante simulaciones y pruebas iterativas, identificamos las causas fundamentales de los problemas y diseñamos nuevos materiales de interfaz térmica (TIM) y técnicas de ensamblaje para permitir una transferencia de calor eficiente”, explicó Jung.

Este dispositivo Peltier de película fina de nueva generación presenta una eficiencia de refrigeración aproximadamente un 75% superior a la de los dispositivos convencionales. Al minimizar la pérdida de calor en cada lado del dispositivo Peltier, la investigación conjunta demostró el potencial de desarrollo de equipos de refrigeración de alta eficiencia utilizando la nueva tecnología.

Llevar la tecnología de refrigeración Peltier a la vida cotidiana

Una vez que Samsung Research y Johns Hopkins APL han desarrollado la tecnología de refrigeración Peltier de nueva generación, ahora le tocaba el turno al DA Business de trasladar esta tecnología a los productos de consumo. 

“Con esta tecnología de refrigeración Peltier de nueva generación, planeamos introducir un refrigerador híbrido aún más avanzado”.

– Hajin Jeong, DA Business, Samsung Electronics

▲ Hajin Jeong de DA Business

En el refrigerador híbrido Bespoke AI que Samsung lanzó en 2024, el compresor funciona en condiciones normales, como el almacenamiento y la recuperación rutinarios, mientras que el dispositivo Peltier se activa junto con el compresor en situaciones de alta carga – como cuando se almacenan grandes cantidades de comestibles o se colocan alimentos calientes en su interior -, mejorando así tanto el rendimiento de la refrigeración como la eficiencia energética. Además, cuando se descongela la escarcha dentro de la unidad de refrigeración, el dispositivo Peltier permanece activo, minimizando las fluctuaciones de temperatura interna durante el proceso.

▲ En el Samsung Bespoke AI Hybrid Refrigerator, un dispositivo Peltier está montado en la parte superior del interior, mientras que un AI Inverter Compressor está instalado en la parte inferior.

En las secciones en las que ambos mecanismos de refrigeración funcionan simultáneamente, la eficiencia óptima dependía del diseño de la disposición. “Como el compresor está situado en la parte inferior trasera, rediseñamos la estructura interior para que colocara el dispositivo Peltier en la parte superior, donde no le afectaran las interferencias térmicas”, explica Jeong.

Como resultado, el refrigerador redujo el consumo de energía hasta un 30% en comparación con el grado superior del sistema de etiquetado de eficiencia energética de Corea, , al tiempo que mejoraba notablemente su capacidad para mantener una temperatura interna estable.

La visión de DA Business sobre la refrigeración híbrida sigue evolucionando. Actualmente disponible sólo en mercados selectos como Corea, EE.UU. y Europa, la empresa está acelerando el desarrollo conjunto con Samsung Research para crear modelos que puedan funcionar de forma fiable incluso en regiones tropicales cálidas y húmedas como la India.

Con la aplicación de la tecnología de refrigeración Peltier de nueva generación de Samsung, se espera que los refrigeradores híbridos del mañana ofrezcan un rendimiento de refrigeración y una eficiencia energética aún mayores. “La integración de esta tecnología de refrigeración Peltier de nueva generación en nuestros refrigeradores híbridos actuales permitirá un control más preciso de la temperatura y reducirá aún más el consumo de energía”, afirma Jeong.

Hacia un futuro sin refrigerantes

La refrigeración Peltier también es una tecnología para un planeta mejor. Los refrigerantes utilizados habitualmente en los refrigeradores pueden dañar la capa de ozono y contribuir al calentamiento global si se liberan, lo que ha dado lugar a normativas cada vez más estrictas en Estados Unidos y Europa. En este contexto, la tecnología de refrigeración Peltier está ganando reconocimiento como solución versátil y energéticamente eficiente.

Samsung Electronics se ha fijado como objetivo a medio y largo plazo ir más allá de las estructuras híbridas para desarrollar un refrigerador totalmente libre de refrigerantes que funcione únicamente con tecnología de refrigeración Peltier.

“Aún queda mucho por investigar antes de que podamos crear un refrigerador totalmente libre de refrigerantes”, afirma Sungjin Jung. “De cara al futuro, planeamos desbloquear nuevas posibilidades en la refrigeración Peltier integrando en nuestro trabajo otras tecnologías de vanguardia como la IA, el procesamiento de semiconductores y la impresión 3D.” 

“El DA Business y Samsung Research están trabajando al unísono desde el punto de vista del desarrollo de productos para perfeccionar esta tecnología de próxima generación y acelerar su comercialización”, añadió Hajin Jeong.

Samsung Electronics sigue empeñada no sólo en innovar los equipos para hogares, sino también en transformar el propio paradigma de la tecnología de refrigeración. El futuro de la refrigeración pasa por la refrigeración Peltier de nueva generación, y la evolución no ha hecho más que empezar.