Sistema revolucionário transporta 10 kW de calor sem usar eletricidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/09/2024

Esquema da alça de calor recordista, com destaque para o pavio (wick).
[Imagem: Nagano Lab]

Alça de calor

Engenheiros japoneses desenvolveram um sistema de condução térmica que consegue transportar até 10 kW de calor sem a necessidade de usar eletricidade, um recorde mundial no transporte de calor, essencial na indústria e em vários outros setores.

O sistema é conhecido como alça de calor, ou tubo de calor em circuito fechado.

A inovação é bem-vinda porque alças de calor eficientes podem contribuir para a economia de energia e a neutralidade de carbono em vários setores, incluindo a recuperação de calor residual industrial, a utilização de calor em usinas termossolares, o gerenciamento térmico de veículos elétricos e até o resfriamento das centrais de dados de informática. Alças de calor também já foram usadas em voos espaciais tripulados, satélites meteorológicos e aparelhos eletrônicos domésticos.

O recorde de transferência térmica foi obtido graças a melhorias na estrutura do evaporador. Essas melhorias levaram a uma redução de 18% no tamanho, um aumento de 1,6 vez na capacidade de transporte de calor e um aumento de quatro vezes na eficiência de transferência térmica, em comparação com o sistema recordista anterior.

"Esta alça de calor não tem precedentes no transporte de uma quantidade tão grande de calor sem eletricidade, alcançando o maior transporte de calor não elétrico do mundo," disse o professor Hosei Nagano, da Universidade de Nagoya. "Isso elimina a necessidade de eletricidade consumida anteriormente por bombas mecânicas convencionais, permitindo um transporte de calor quase perpétuo sem eletricidade."

Detalhes dos componentes da alça de calor.
[Imagem: Shawn Somers-Neal et al. - 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.125865]

Recorde na transferência de calor

Em uma alça de calor, um fluido de trabalho e um material poroso, chamado pavio, são usados para transportar calor de forma eficiente por longas distâncias.

O pavio atrai o fluido de trabalho para a superfície por meio da ação capilar. Quando o calor é aplicado ao evaporador, o fluido na superfície do pavio absorve o calor, transformando-se em vapor. Esse vapor viaja para o condensador, onde libera o calor e condensa novamente em líquido. O líquido então retorna para a câmara de compensação, onde entra em contato com o pavio novamente, que o atrai de volta para a superfície, e assim recomeça o ciclo de resfriamento.

A equipe aprimorou a seção do pavio, tornando-o mais fino, mais longo e mais largo, sem perder suas propriedades porosas de alta qualidade. Eles também melhoraram a capacidade de transporte de calor estreitando os canais que permitem que o vapor escape do evaporador e adicionando canais adicionais nas laterais, aumentando assim o número total de canais.

O novo protótipo apresentou uma eficiência de transferência de calor de mais de quatro vezes maior que a versão anterior. O projeto mostrou-se tão eficaz que transportou 10 kW de calor residual por uma distância de 2,5 metros sem usar energia para bombeamento - usando apenas a força capilar gerada pelo pavio. Isso estabeleceu um recorde mundial para o transporte de calor sem energia.

"A expectativa é que esta tecnologia pioneira de alça de calor revolucione a conservação de energia e a neutralidade de carbono em vários campos. A economia efetiva de calor residual das fábricas marca um passo significativo em direção a soluções de energia sustentável," disse o pesquisador Shawn Somers-Neal.

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