Ar-condicionado de estado sólido dispensa gases danosos ao ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/08/2022

Além de demonstrar que o novo material sólido funciona como refrigerante, o protótipo servirá como berço de provas para testar outros materiais.
[Imagem: Adam Slavney]

Refrigeração sem gases

Um novo sistema de ar-condicionado com refrigerante sólido pode marcar o fim do uso dos problemáticos gases clorofluorocarbonos (CFCs), que destroem a camada de ozônio - até os substitutos dos CFCs estão sob suspeita.

Os sistemas de refrigeração tradicionais funcionam fazendo com que um refrigerante alterne entre as fases líquida e gasosa.

Quando o líquido se torna um gás, ele se expande e absorve calor, resfriando uma sala ou o interior de uma geladeira. Um compressor, que funciona entre 70 e 150 psi, transforma o gás de volta em líquido, liberando o calor do lado de fora.

Os gases refrigerantes usados nos aparelhos atuais são gases de efeito estufa milhares de vezes mais potentes do que o dióxido de carbono e podem vazar acidentalmente dos aparelhos quando eles estão sendo manuseados ou são descartados no fim da vida útil.

Os refrigerantes sólidos podem ser uma solução ideal: Ao contrário dos gases, os sólidos não vazam para o ambiente.

O material sofre uma clara transição sólido-sólido.
[Imagem: Jinyoung Seo et al. - 10.1038/s41467-022-29800-9]

Materiais barocalóricos

Uma classe de refrigerantes sólidos, chamados materiais barocalóricos, funciona de forma semelhante aos sistemas tradicionais de refrigeração gás-líquido: Eles passam por ciclos de calor, mas alternando entre duas diferentes fases sólidas - isso significa que o material permanece sólido, mas sua estrutura molecular interna muda, com suas cadeias moleculares, longas e flexíveis em condições ambiente, ficam ordenadas e rígidas sob pressão, uma mudança que libera calor.

Agora, Adam Slavney e colegas da Universidade de Harvard, nos EUA, sintetizaram um material barocalórico que faz isto a uma pressão razoável, que pode ser considerada prática ao menos para grandes sistemas de refrigeração industriais.

"Os materiais que relatamos são capazes de fazer a ciclagem [entre calor e frio] a cerca de 3.000 psi, que são pressões nas quais um sistema hidráulico típico pode trabalhar," disse Slavney.

O material pertence à classe das perovskitas, a mesma família usada na fabricação de células solares e LEDs, embora com uma estrutura química específica ("haletos com longas caudas de alquilamônio"). Ele sofre transições sólido-sólido entre estruturas mais e menos ordenadas, confinadas a duas dimensões devido à estrutura em camadas da perovskita.

O refrigerante sólido pertence à classe das perovskitas.
[Imagem: Jinyoung Seo et al. - 10.1038/s41467-022-29800-9]

Berço de testes

Para demonstrar tudo, a equipe construiu um protótipo inédito de um sistema de resfriamento prático envolvendo apenas transições entre fases sólidas.

O aparelho tem três partes principais: Um tubo de metal contendo o refrigerante sólido e um líquido inerte, que pode ser água ou óleo; um pistão hidráulico, que aplica pressão ao líquido; e o duto de circulação, onde o líquido ajuda a transferir essa pressão para o refrigerante e a transportar calor pelo sistema.

Como o sistema funcionou como esperado, o principal resultado do trabalho é o próprio protótipo, que servirá de banco de ensaio para o teste de diferentes materiais barocalóricos, que poderão então ser otimizados, eventualmente chegando a pressões mais brandas.

"Nosso sistema ainda não utiliza pressões tão baixas quanto as dos sistemas de refrigeração comercial, mas estamos chegando perto," disse o professor Jarad Mason, coordenador da equipe.

Existem outras abordagens para a refrigeração de estado sólido, incluindo o uso de músculos artificiais metálicos, metais com memória de forma e materiais híbridos barocalórico/magnetocalórico.

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