Cientistas da HKUST desenvolvem solução de refrigeração sem emissões de CO2
D.R.
Christina Genet
A abordagem descoberta pela Hong Kong University of Science and Technology baseia-se na refrigeração elastocalórica e poderá impulsionar a descarbonização da indústria da refrigeração.
Investigadores da Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) desenvolveram o primeiro aparelho elastocalórico de congelação abaixo de zero graus, capaz de atingir temperaturas mínimas de até -12 ºC. Os resultados do trabalho de investigação foram publicados na revista científica Nature no passado dia 14 de janeiro.
Os sistemas de arrefecimento em estado sólido, baseados no efeito elastocalórico de ligas com memória de forma, já tinham sido identificados como uma alternativa promissora, por serem isentos de gases com efeito de estufa. No entanto, até agora não se conseguia atingir temperaturas negativas através desta tecnologia. Com a inovação da HKUST esta limitação foi ultrapassada, oferecendo assim uma nova solução de refrigeração mais sustentável do que a convencional por compressão de vapor.
Arquitetura tubular em cascata
O dispositivo desenvolvido por Sun Qingping, professor do Departamento de Engenharia Mecânica e Aerospacial da HKUST, e pela sua equipa combina diferentes materiais e estruturas de transferência de calor. A tecnologia utiliza uma liga de níquel-titânico com baixa temperatura de transição, que mantém superelasticidade e calor latente significativo mesmo a -20 ºC, apresentando uma janela funcional de temperatura de 48,5ºC.
Além disso, utiliza um fluido de transferência de calor resistente ao congelamento, uma solução aquosa de cloreto de cálcio a 30 % em massa. Com um ponto de congelação baixo, o fluido mantém-se funcional abaixo de zero, e a sua boa molhabilidade na superfície do NiTi melhora a eficiência da troca térmica.
Desenhado com uma arquitetura tubular em cascata, o regenerador funciona com um ciclo ativo de Brayton baseado em compressão e constituído por oito unidades em cascata. Este desenho proporciona uma elevada razão superfície/volume e suporta uma tensão de compressão de 900 MPa sem encurvamento, conforme verificado por tomografia computadorizada por raios X.
Até 330 milhões de toneladas de CO2 reduzidas
A operar a 1 Hz, o dispositivo de bancada alcançou uma temperatura da fonte fria de -12ºC a partir de um dissipador de calor à temperatura ambiente (24 ºC), estabelecendo um diferencial de temperatura de 36 ºC. Nos testes realizados no exterior, a temperaturas entre 20 e 25 ºC, a solução conseguiu arrefecer uma câmara isolada até uma temperatura de ar estável de -4 ºC em 60 minutos e congelou 20 ml de água destilada em gelo no espaço de 2 horas, validando a sua capacidade de congelação em condições reais.
Com um coeficiente de performance podendo atingir até 3,4, a solução apresenta também um bom potencial de eficiência energética. Segundo os investigadores, a adoção generalizada desta tecnologia poderia reduzir potencialmente cerca de 330 milhões de toneladas de emissões de CO2 equivalentes por ano, contribuindo de forma significativa para os objetivos climáticos globais.
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