Refrigeração de estado sólido bate recorde mundial de eficiência
[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.
[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.