Refrigeração de estado sólido bate recorde mundial de eficiência

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/08/2024

Protótipo do sistema funcionando como um aparelho de ar-condicionado.
[Imagem: HKUST]

Refrigeração elastocalórica

Engenheiros desenvolveram um dispositivo de refrigeração ecológico com desempenho de resfriamento recorde no mundo para a tecnologia empregada, com potencial para revolucionar indústrias dependentes de resfriamento e reduzir o uso global de energia.

Com um aumento na eficiência de mais de 48%, a nova tecnologia de resfriamento elastocalórico fica mais perto da comercialização, podendo competir com os sistemas de refrigeração e ar-condicionado atuais.

As geladeiras e aparelhos de ar-condicionado atuais funcionam por um sistema de compressão de vapor, no qual um compressor bombeia continuamente fluidos refrigerantes, forçando-o a mudar de pressão, o que permite retirar o calor de dentro do refrigerador e lança-lo no ambiente.

A refrigeração elastocalórica, por sua vez, é de estado sólido, funcionando com base na transição de fase cíclica de materiais conhecidos como ligas com memória de forma (ou SMAs, de Shape Memory Alloys), dispensando o compressor mergulhado em óleo e os problemáticos gases refrigerantes.

Até agora, porém, os protótipos de geladeiras e sistemas de ar-condicionado de estado sólido desse tipo têm apresentado ganhos de temperatura relativamente pequenos, o que é um indicador crítico de desempenho da capacidade do dispositivo de resfriamento de transferir calor de uma fonte de baixa temperatura para um dissipador de alta temperatura. Isso tem dificultado a comercialização dessa tecnologia emergente.

O regenerador elastocalórico em cascata, feito com diferentes materiais, e a comparação de desempenho.
[Imagem: HKUST]

Geladeiras de estado sólido

Para vencer esse desafio, Guoan Zhou e colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong desenvolveram um sistema de resfriamento elastocalórico em cascata, usando várias ligas com memória de forma diferentes - essas ligas, também conhecidas no campo da robótica como músculos artificiais, são feitas à base de níquel (Ni) e titânio (Ti).

A equipe selecionou três ligas de NiTi com diferentes temperaturas de transição de fase, uma para operar na extremidade fria, uma no ponto intermediário e outra na extremidade quente. Ao combinar as temperaturas de trabalho de cada unidade com as temperaturas de transição de fase correspondentes, e fazer cada unidade de NiTi operar dentro de sua faixa de temperatura ideal, a janela de temperatura do refrigerador foi expandida para mais de 100 ºC - em comparação com no máximo 50 ºC das demonstrações anteriores.

Isso foi suficiente para quebrar o recorde mundial de desempenho de resfriamento entre esses sistemas de resfriamento feitos com músculos artificiais.

A equipe de pesquisa planeja desenvolver ainda mais ligas de memória de forma de alto desempenho e usá-las para construir refrigeradores elastocalóricos para operações em faixas abaixo de zero (para congeladores) e em aplicações de bombeamento de calor de alta temperatura.

"No futuro, com o avanço contínuo da ciência dos materiais e da engenharia mecânica, estamos confiantes de que a refrigeração elastocalórica poderá fornecer soluções de aquecimento e resfriamento verdes e energeticamente eficientes de última geração, para alimentar o enorme mercado mundial de refrigeração, abordando a tarefa urgente de descarbonização e mitigação do aquecimento global," disse o professor Qingping Sun.

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