Inventado mecanismo autossustentável de refrigeração e geração elétrica

Com informações do Titech - 02/12/2019

Ilustração esquemática do conceito de integração da conversão termo-eletroquímica com o resfriamento por convecção forçada, criando um sistema de resfriamento autossustentável.
[Imagem: Tokyo Tech]

Resfriamento ativo

O resfriamento ativo é crucial na maioria das tecnologias modernas, dos microprocessadores nos computadores até os motores e turbinas, passando por toda a indústria.

Esse resfriamento por convecção forçada, que força um fluido refrigerante a circular sobre a superfície de um objeto quente, é eficaz para atender a um sem-número de requisitos de resfriamento, mas exige uma potência de bombeamento para enviar o refrigerante pela seção geradora de calor.

No entanto, a refrigeração ativa - a remoção rápida de uma grande quantidade de energia térmica na fonte de calor sob uma grande diferença de temperatura - destrói imediatamente o componente de energia livre da energia térmica, que é uma porção de energia que poderia ser convertida em trabalho elétrico.

Esse problema, concomitante ao resfriamento por convecção forçada, permanecia sem solução até hoje, apesar do amplo uso dessa técnica de resfriamento no mundo atual.

Esquema do conceito de resfriamento de resfriamento autossustentável e a física relacionada.
[Imagem: Ikeda et al. - 10.1039/c9cp05028k]

Conversão termo-eletroquímica

Um método específico para converter o calor desperdiçado - o calor que não precisa ser removido ativamente - em energia elétrica por meio de reações químicas líquidas, tem sido estudado há várias décadas.

Esse método, chamado conversão termo-eletroquímica, envolve a submersão de dois eletrodos mantidos em temperaturas diferentes em um eletrólito líquido dentro de um recipiente fechado, onde ocorre uma reação reversível de redução-oxidação ("redox"). Essa reação gera uma corrente elétrica através de um circuito externo. As pesquisas sobre conversão termo-eletroquímica têm sido realizadas basicamente para fluidos estáticos.

Agora, um trio de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio, no Japão, integrou a conversão termo-eletroquímica com o resfriamento por convecção forçada para recuperar parcialmente, na forma de energia elétrica, aquela porção de energia térmica livre que era convertida desnecessariamente, ou seja, que era perdida.

Na célula desenvolvida pela equipe, o líquido do eletrólito é transportado como um refrigerante entre dois eletrodos paralelos, um dos quais é o objeto a ser resfriado. A reação redox que ocorre na célula gera eletricidade, e essa eletricidade pode ser usada para impulsionar o fluxo de refrigerante através da célula.

(a) Esquema da configuração experimental. (b) Visão de cima (superior) e transversal (inferior) da célula em dimensões escalonadas. (c) Gráficos CAD do catodo (eletrodos do lado quente em vermelho) e dos canais inter-eletrodos formados entre o catodo e o anodo (eletrodo do lado frio em azul).
[Imagem: Ikeda et al. - 10.1039/c9cp05028k]

Refrigeração autossustentável

Este mecanismo de autoalimentação do sistema é inédito, uma vez que ninguém até hoje havia abordado sequer o conceito, menos ainda a viabilidade de um sistema de refrigeração líquida autossustentável.

"Embora a célula protótipo desenvolvida neste estudo seja pequena e, portanto, o desempenho da geração de energia seja limitado, essa tecnologia tem muito espaço para melhorias por meio da otimização da geometria do canal líquido, do material do eletrodo e dos produtos químicos redox," comentou o professor Yoichi Murakami.

Com esses desenvolvimentos, este conceito pode encontrar aplicação prática em um futuro muito próximo, garante a equipe, fornecendo uma nova plataforma tecnológica para a refrigeração.

"Por meio dessa abordagem, podemos recuperar parcialmente a parte de energia livre da energia térmica atualmente perdida durante o resfriamento por convecção forçada, e essa energia elétrica pode ser usada para bombear o líquido de arrefecimento no resfriamento por convecção forçada," reforçou o professor Murakami.

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