Ar-condicionado eletrocalórico pode chegar a 67% de eficiência

Com informações da New Scientist - 01/12/2023

Protótipo do sistema de refrigeração eletrocalórico.
[Imagem: Junning Li et al. - 10.1126/science.adi5477]

Resfriamento eletrocalórico

Um sistema semelhante a uma bomba de calor, baseado em um fenômeno chamado resfriamento eletrocalórico, pode aquecer ou resfriar uma sala com uma eficiência quase duas vezes maior do que os aparelhos de ar-condicionado padrão.

E esse novo sistema de refrigeração tem várias vantagens, como não ter peças móveis que se desgastam e dão manutenção, não utilizar líquidos ou gases refrigerantes prejudiciais ao meio ambiente e, por decorrência, consome muito menos eletricidade.

A maioria dos aparelhos de ar condicionado e geladeiras funciona com base na compressão e na expansão de um fluido, que absorve ou libera calor quando migra entre ambientes com pressões diferentes. Embora estes sistemas sejam relativamente baratos e simples de fabricar, eles não são muito eficientes, o que significa que consomem muita eletricidade para o serviço que prestam - cerca de um quinto da eletricidade utilizada em edifícios a nível mundial vai para refrigeração e ar-condicionado.

Agora, Junning Li e colegas do Instituto de Ciência e Tecnologia de Luxemburgo desenvolveram um dispositivo de refrigeração sem refrigerante, feito de metais que incluem chumbo, escândio e tântalo. O sistema pode atingir eficiências máximas de mais de 60%, o que é quase o dobro da eficiência dos aparelhos típicas de ar condicionado domésticos.

A tecnologia se baseia em um princípio chamado resfriamento eletrocalórico, que ocorre quando um campo elétrico aplicado sobre um material muda a direção das cargas elétricas, causando um aumento temporário na temperatura e uma diminuição subsequente quando o campo elétrico é removido.

Várias configurações testadas pela equipe.
[Imagem: Junning Li et al. - 10.1126/science.adi5477]

Teoricamente

O protótipo do novo sistema de resfriamento consiste em uma pilha de oito tiras do material conhecido como tantalato de chumbo e escândio [Pb(Sc_0.5Ta_0.5)O₃], que é eletrocalórico. Essa pilha foi mergulhada em um fluido transportador de calor, o óleo de silicone.

Quando um campo elétrico é ligado, ele faz com que as tiras se aqueçam, forçando o fluido a se mover para a direita; quando o material esfria, o fluido se move para a esquerda, criando regiões permanentes de quente e frio, com cerca de 20 °C de diferença.

Essas regiões são usadas como reservatórios quentes e frios, a partir dos quais o óleo pode circular através de tubulações para resfriar ou aquecer salas ou objetos.

Embora a eficiência do dispositivo seja teoricamente de 67%, o protótipo atual alcança apenas cerca de 12% de eficiência. Os pesquisadores esperam se aproximar mais do máximo teórico procurando por um condutor térmico melhor do que o tantalato de chumbo e escândio.

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