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Professores da Unicamp ajudam a desenvolver a geladeira do futuro

Rafael Rigues 28/11/2019 09h11
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Modelo computacional desenvolvido por físicos da Unicamp em cooperação com pesquisadores americanos e chineses contribuiu para artigo publicado em outubro na revista Science

A descoberta de que o resfriamento dos alimentos permitia conservá-los por maior tempo remonta aos primórdios da história da humanidade. Mas somente no século XIX um inventor inglês desenvolveu um compressor capaz de solidificar a água, produzindo gelo artificialmente.


Geladeiras atuais funcionam com a compressão de um gás, que se liquefaz e resfria uma serpentina situada junto ao congelador, de onde absorve calor, resfriando o compartimento e voltando ao estado gasoso. A descoberta deste sistema de refrigeração permitiu a produção de alimentos em grande escala e ampliou suas condições de comercialização.

Imagine agora a possibilidade de substituir este ciclo na refrigeração pela torção e distorção continua de um fio de borracha, de polietileno (linha de pesca) ou de uma liga metálica de níquel-titânio. Este são materiais que ao serem enrolados esquentam, em seguida entram em equilíbrio térmico com o meio ambiente e ao serem desenrolados esfriam, quando então podem ser utilizados para retirar calor de um congelador.

Esse novo sistema de refrigeração, de maior eficiência e baixo custo, graças ao menor consumo de energia elétrica, possibilitaria a substituição dos gases que contribuem para o aumento da poluição atmosférica e do aquecimento global.

A viabilidade deste processo na refrigeração foi mostrada em artigo publicado na revista Science em outubro, que teve a contribuição dos trabalhos desenvolvidos pelos professores Alexandre Fontes da Fonseca e Douglas Soares Galvão, do Departamento de Física Aplicada, do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp.

Reprodução

Professores Alexandre Fontes da Fonseca e Douglas Soares Galvão, do Departamento de Física Aplicada do IFGW

O trabalho foi realizado em cooperação com um grupo de pesquisadores dos EUA, liderado pelo Dr. Ray H. Baughman, diretor do Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute na Universidade do Texas em Dallas, nos EUA. O grupo chinês foi comandado pelo Dr. Zunfeng Liu, do State Key Laboratory of Medicinal Chemical Biology, College of Pharmacy, Key Laboratory of Functional Polymer Materials, Nankai University, China.

Como funciona

Há cerca de duzentos anos sabe-se que a borracha natural se aquece quando esticada, fenômeno chamado de efeito elastocálorico. Mas se logo na sequência a borracha esticada retornar rapidamente às condições de origem ela entra em equilíbrio com o meio ambiente, perdendo calor para ele, o que gera uma diminuição da sua temperatura perceptível ao tato. Em contato com o meio que se deseja resfriar a borracha retira calor dele, a exemplo do que acontece nos atuais refrigeradores que utilizam gases.

Segundo o professor Alexandre Fonseca, embora o fenômeno não dependa do tamanho da borracha empregada, sua aplicação prática esbarra em limitações. No estudo publicado na Science foram usadas borrachas de dois a três cm de comprimento que devem ser esticadas até 12 a 18 cm, ou seja, de seis a sete vezes seu tamanho inicial para atingir uma variação de temperatura de dez graus.

Mas para que a refrigeração aconteça é necessário o contato entre a fonte fria (a borracha) e a fonte quente a ser resfriada. Portanto, quanto maior a borracha maior a superfície de contato, o que inviabiliza o processo em vista das limitações impostas pelo tamanho dos refrigeradores.

O pulo do gato

Entretanto, o professor Galvão considera que o verdadeiro pulo do gato foi dado pelo grupo de Baughman ao descobrir que a torção de um fio de borracha e de alguns outros materiais em substituição ao estiramento pode gerar o mesmo efeito elastocalórico e até com maior intensidade, com a vantagem de não exigir o emprego de fios longos.

No caso do fio de pesca, por exemplo, como a torção permite que o material acumule maior “stress” sem se romper, é possível observar de modo mais significativo o efeito elastocalórico. Outro achado inédito do trabalho publicado foi a medida da intensidade do efeito da torção em uma liga de níquel-titânio, até então não estudado.

Em tese o modelo desenvolvido pode ser estendido para outros materiais que apresentam o mesmo efeito de forma significativa. O professor Galvão enfatiza: “A importância do trabalho está em se ter descoberto um novo efeito baseado em um conhecimento de 200 anos, mostrando a possibilidade de utilizar a torção na refrigeração, o que não tinha ainda sido investigado”.

Os professores esclarecem que o processo ainda não é competitivo com a utilização do gás nos sistemas de refrigeração utilizados hoje. Seu uso esbarra ainda em problemas de engenharia, mas principalmente, no desenvolvimento de materiais mais eficientes e adequados ao processo de torção.

O professor Galvão destaca, entretanto, que com um estudo envolvendo ciência básica foi criado um modelo que se mostrou viável e que demanda agora a descoberta de novos materiais e da utilização de uma engenharia eficiente. “É a ciência gerando a possibilidade de novas tecnologias, bem estar, emprego e riquezas”, diz ele.

Fonte: Jornal da Unicamp


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