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Mecânica

Refrigeração do futuro usará músculos para gerar calor e frio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/04/2019

Ar-condicionado do futuro usa músculos para gerar calor e frio
Os pesquisadores maravilham-se com sua própria invenção: um ar-condicionado acionado por músculos.
[Imagem: Oliver Dietze]

Ar-condicionado com músculos

Em lugar de compressores, este ar-condicionado é impulsionado por músculos - músculos artificiais.

Stefan Seelecke e Andreas Schutze, da Universidade Saarland, na Alemanha, criaram um condicionador de ar de ciclo frio e quente usando os mesmos músculos artificiais usados há décadas pela robótica.

O protótipo mostrou-se três vezes mais eficiente em termos energéticos do que os sistemas de ar-condicionado tradicionais. E o princípio também pode ser usado para fazer geladeiras mais ambientalmente corretas.

Refrigeração com músculos artificiais

A liga de níquel-titânio, ou nitinol, é um material com memória de forma. Para funcionar como músculo artificial e impulsionar robôs, fios feitos com essa liga são tipicamente aquecidos pela passagem de uma pequena corrente elétrica, o que os fazem distenderem-se; quando esfriam, voltam à sua forma original.

Ocorre que, em vez de aproveitar o movimento, é possível tirar proveito do fato de que o material libera calor para o ambiente quando é carregado mecanicamente em seu estado superelástico, e absorve o calor de seus arredores quando é descarregado.

"As transições de fase resultantes, que ocorrem na rede cristalina da liga, liberam ou absorvem o calor latente, dependendo da parte do ciclo em que o material se encontra. Esse efeito é particularmente pronunciado nos fios feitos de níquel-titânio. Quando fios de nitinol pré-tensionados são descarregados à temperatura ambiente, eles esfriam até 20 graus," conta Felix Welsch, responsável pela construção do ar-condicionado muscular.

Ar-condicionado do futuro usa músculos para gerar calor e frio
Esquema do experimento usado para medir com precisão a eficiência do processo.
[Imagem: Nicolas Michaelis et al. - 10.1016/j.ijrefrig.2019.01.006]

Geladeira com virabrequim

O protótipo é a primeira máquina em operação contínua que resfria o ar usando esse processo.

Para viabilizá-lo, a equipe projetou e desenvolveu um tipo especial de virabrequim cuja rotação assegura que feixes de fios de nitinol de 200 micrômetros de espessura sejam carregados e descarregados alternadamente, de forma que o calor seja transferido da forma mais eficiente possível.

O ar é soprado através dos feixes de fibras em duas câmaras separadas: em uma câmara, o ar é aquecido e, na outra, ele é resfriado. O dispositivo pode, portanto, ser operado como uma bomba de calor ou como um refrigerador.

As aplicações práticas da tecnologia, que foi patenteada pela equipe, são promissoras porque esse método de aquecimento e resfriamento é altamente eficiente. Dependendo da liga utilizada, a potência de aquecimento ou resfriamento do sistema é até trinta vezes maior do que a potência mecânica necessária para carregar e descarregar os feixes de músculos artificiais. Isso já torna o novo sistema pelo menos duas vezes melhor do que uma bomba de calor convencional e três vezes melhor do que um refrigerador convencional.

"Nossa nova tecnologia também é ecologicamente correta e não agride o clima, uma vez que o mecanismo de transferência de calor não utiliza líquidos ou vapores. Assim, o ar em um sistema de ar-condicionado pode ser resfriado diretamente, sem a necessidade de um trocador de calor intermediário, e não precisamos usar tubulação de alta pressão," disse o professor Stefan Seelecke.

Bibliografia:

Artigo: Experimental Parameter Identification for Elastocaloric Air Cooling
Autores: Nicolas Michaelis, Felix Welsch, Susanne-Marie Kirsch, Marvin Schmidt, Stefan Seelecke, Andreas Schutze
Revista: International Journal of Refrigeration
Vol.: 100, Pages 167-174
DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2019.01.006






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