Refrigeração de estado sólido estabelece novo recorde mundial de eficiência

Com um aumento na eficiência superior a 48%, essa nova tecnologia de resfriamento elastocalórico está mais próxima da comercialização e tem o potencial de transformar as indústrias que dependem de sistemas de resfriamento, além de reduzir o consumo global de energia.

Atualmente, geladeiras e aparelhos de ar-condicionado utilizam um sistema de compressão de vapor, onde um compressor bombeia fluidos refrigerantes, alterando sua pressão para remover calor do interior do aparelho e liberá-lo no ambiente.

Por outro lado, a refrigeração elastocalórica, uma tecnologia de estado sólido, funciona com base na mudança cíclica de fase de materiais conhecidos como ligas com memória de forma (SMAs, de Shape Memory Alloys). Isso elimina a necessidade de compressores imersos em óleo e os gases refrigerantes problemáticos.

No entanto, até o momento, os protótipos de sistemas de resfriamento e ar-condicionado de estado sólido têm mostrado aumentos de temperatura relativamente modestos. Esse desempenho é um indicador crucial da capacidade do dispositivo de transferir calor de uma fonte de baixa temperatura para um dissipador de alta temperatura, o que tem dificultado a comercialização dessa tecnologia promissora.

Geladeiras de Estado Sólido

Para superar os desafios existentes, Guoan Zhou e sua equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong desenvolveram um sistema de resfriamento elastocalórico em cascata, que utiliza múltiplas ligas com memória de forma. Essas ligas, compostas por níquel (Ni) e titânio (Ti), são conhecidas por sua aplicação na robótica como músculos artificiais.

A equipe selecionou três ligas de NiTi, cada uma com diferentes temperaturas de transição de fase: uma para a extremidade fria, outra para a intermediária e uma terceira para a extremidade quente. Ao ajustar as temperaturas de operação de cada unidade de NiTi para corresponder às suas temperaturas de transição de fase ideais, a janela de temperatura do refrigerador foi ampliada para mais de 100 ºC, em comparação com o máximo de 50 ºC observado em demonstrações anteriores.

Esse avanço foi suficiente para estabelecer um novo recorde mundial em desempenho de resfriamento para sistemas baseados em músculos artificiais.

A equipe de pesquisa pretende continuar desenvolvendo ligas de memória de forma de alto desempenho e aplicá-las em refrigeradores elastocalóricos para operar em temperaturas abaixo de zero (para congeladores) e em aplicações de bombeamento de calor de alta temperatura.

“O avanço contínuo da ciência dos materiais e da engenharia mecânica nos dá confiança de que a refrigeração elastocalórica pode fornecer soluções de aquecimento e resfriamento ecologicamente corretas e energeticamente eficientes, atendendo ao vasto mercado global de refrigeração e enfrentando a urgente tarefa de descarbonização e mitigação do aquecimento global,” afirmou o professor Qingping Sun.

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