Equipes da Alemanha e do Japão desenvolvem sistema de refrigeração de estado sólido movido a calor residual, alcançando diferença de temperatura de 4°C

De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT), na Alemanha, e da Universidade de Tsukuba, no Japão, demonstrou um sistema de refrigeração de estado sólido movido a calor, em vez de eletricidade. O sistema utiliza filmes finos de liga com memória de forma para converter energia térmica em trabalho mecânico, que é então transformado em frio mensurável, oferecendo um novo caminho para a refrigeração usando calor residual e energia solar. Os resultados foram publicados na revista Nature Energy.

Geladeiras, aparelhos de ar-condicionado e data centers dependem de compressores movidos a eletricidade para transportar o calor transportado pelo refrigerante de uma extremidade à outra — um princípio básico de funcionamento que já dura mais de cem anos. Enquanto isso, refrigeração e aquecimento juntos representam quase metade do consumo global de energia, e muitos refrigerantes comuns agravam o aquecimento global. A refrigeração de estado sólido elastocalórica é vista como uma rota alternativa promissora: ligas com memória de forma esfriam após liberar uma carga mecânica previamente aplicada. No entanto, sistemas elastocalóricos anteriores ainda exigiam atuadores movidos a eletricidade para gerar a força necessária, não podendo, portanto, aproveitar diretamente fontes de calor abundantes, como calor residual e energia solar.

A equipe de pesquisa combinou duas camadas ultrafinas de níquel-titânio com funções complementares. A primeira camada utiliza o efeito de memória de forma: ao ser aquecida, ela se contrai, convertendo diretamente energia térmica em trabalho mecânico, sem necessidade de motor elétrico; esse movimento é então transmitido à segunda camada, que, por meio da aplicação e liberação cíclica de carga, induz mudanças reversíveis na estrutura cristalina, gerando frio. O calor substitui, assim, o atuador elétrico que antes acionava o sistema de refrigeração elastocalórico.

A Dra. Jingyuan Xu, líder do grupo de jovens pesquisadores do Laboratório Térmico ZEco do Instituto de Tecnologia de Microestruturas (IMT) do KIT, explica que a inovação-chave está em combinar duas funções complementares da liga com memória de forma: uma camada converte calor em trabalho mecânico, e a outra converte esse trabalho em frio. Essa abordagem estabelece um novo método para acionar a refrigeração de estado sólido, abrindo novas possibilidades para o uso de calor residual e energia solar.

Com o atuador a uma temperatura de 86°C, o sistema protótipo alcançou uma diferença de temperatura de 4°C no nível de componente, com a variação de temperatura do refrigerante elastocalórico próxima de 13°C — a equipe validou experimentalmente, pela primeira vez, a viabilidade do conceito. O dispositivo também operou de forma estável com uma fonte de calor externa a 130°C, demonstrando que o sistema pode funcionar com fontes de calor reais. O primeiro autor do artigo, Yi-Ting Hsiau, doutorando do IMT, afirma que o momento decisivo foi medir o frio de fato produzido pelo sistema movido a calor, provando que o princípio não é apenas teórico.

O dispositivo atual foi projetado para os objetivos do estudo de viabilidade e ainda não foi otimizado para capacidade máxima de refrigeração. A equipe está trabalhando na conexão em paralelo de múltiplas camadas de filme para aumentar a capacidade de refrigeração. As aplicações potenciais abrangem diversas direções, incluindo o resfriamento de chips de computador usando o próprio calor residual do processador, bem como a refrigeração de componentes eletrônicos sensíveis em veículos usando o calor do trem de força. Esta pesquisa foi realizada em colaboração com a Universidade de Tsukuba, no Japão. A equipe acredita que isso é apenas o começo: ao expandir essa tecnologia, espera-se desenvolver sistemas de refrigeração compactos que utilizem fontes de calor amplamente disponíveis para alcançar refrigeração sustentável.