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Refrigeração sólida – Barocalórica e magnetocalórica

Refrigeração sólida mais próxima com nova liga super versátil

Fonte: Site Inovação Tecnológica

Cientistas espanhóis e alemães, trabalhando conjuntamente, criaram um novo material super versátil que produz um efeito calórico tanto sob o efeito de uma pressão hidrostática quanto de um campo magnético externo.

O novo material poderá ser utilizado na fabricação de sistemas de refrigeração – geladeiras e ar-condicionados – que não utilizem o atual princípio da compressão de gases danosos ao meio ambiente.

Representação esquemática de um sistema de refrigeração
baseado na compressão de um material sólido.  A nova liga
barocalórica agora descoberta também apresenta o efeito
magnetocalórico inverso, o que a torna ainda mais versátil.
[Imagem: UBC]

Refrigeração sólida

Há um interesse crescente na busca por materiais com grandes efeitos calóricos, capazes de operar sob temperatura ambiente, pela possibilidade de sua utilização em sistemas de refrigeração menos intensivos no uso de energia.

Outra vantagem da chamada refrigeração de estado sólido é a não utilização dos gases refrigerantes – veja Produtos que salvaram a camada de ozônio podem provocar chuva ácida.

Até recentemente, os materiais mais promissores para a refrigeração sólida eram os materiais magnetocalóricos, que mudam de temperatura sob a ação de um campo magnético externo.

Refrigerador barocalórico

O grupo de pesquisadores agora demonstrou que uma liga de níquel-manganês-índio (Ni-Mn-In), quando submetida a uma pressão hidrostática moderada, produz diferenciais de temperatura comparáveis aos alcançados pelos melhores materiais magnetocalóricos disponíveis.

Da mesma forma que os materiais magnetocalóricos, o material barocalórico passa por uma transição de fase sólido-sólido. O princípio físico envolvido é o mesmo observado quando um cubo de gelo é colocado em um copo com água: o gelo absorve calor da água, baixando a temperatura desta.

Durante a descompressão, o sólido passa por uma transição de fase sólido-sólido que baixa sua temperatura. O sólido frio absorve calor, baixando a temperatura no interior do refrigerador.

No próximo estágio, o sólido é comprimido, retornando à sua fase original, o que eleva sua temperatura. Finalmente, o sólido libera o excesso de calor na atmosfera, e o processo recomeça.

Barocalórica e magnetocalórica

Além do efeito barocalórico, a mesma liga de Ni-Mn-In apresenta também o efeito magnetocalórico inverso, um efeito só descoberto em 2005 e segundo o qual um material apresenta redução de temperatura quando submetido a um campo magnético externo – os materiais magnetocalóricos normalmente elevam sua temperatura sob a ação do campo magnético.

Isto significa que um campo magnético pode ser combinado com a aplicação da pressão hidrostática para produzir o efeito calórico, que poderá ser modulado por uma grande variedade de parâmetros para controlar a temperatura.

Liga versátil

Os cientistas conhecem o efeito magnetocalórico há bastante tempo, e ele vem sendo explorado em aplicações que exigem temperaturas extremamente baixas.

Mas foi apenas nos anos 1990 que se descobriu materiais capazes de produzir grandes efeitos magnetocalóricos próximo à temperatura ambiente – o chamado efeito magnetocalórico gigante.

Em 2005, a mesma equipe da Universidade de Barcelona, envolvida no presente estudo, descobriu o primeiro material apresentando um efeito magnetocalórico inverso, que baixa de temperatura sob a ação de um campo magnético.

A nova liga de níquel-manganês-índio, que é tanto magnetocalórica inversa, quanto barocalórica, representa talvez o passo mais importante rumo à refrigeração sólida nessa série de descobertas recentes.

Geladeiras do futuro

Segundo Lluís Mañosa, da Universidade de Barcelona, “o objetivo deste campo de pesquisas é identificar materiais que sejam eficientes, econômicos e ambientalmente benignos, e a vantagem da liga usada neste estudo é que todos os seus componentes atendem a todas essas exigências.”

Segundo os pesquisadores, a liga barocalórica produz grandes efeitos calóricos mesmo com pequenas variações na pressão, o que a torna ideal para uso nos sistemas de refrigeração doméstica, como geladeiras e aparelhos de ar condicionado.

Bibliografia:

Giant solid-state barocaloric effect in the Ni-Mn-In magnetic shape-memory alloy
Lluís Mañosa, David González-Alonso, Antoni Planes, Erell Bonnot, Maria Barrio, Josep-Lluís Tamarit, Seda Aksoy, Mehmet Acet
Nature Materials
April 2010
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmat2731
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/abs/nmat2731.html

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