Notícia

Estudo simula uso de nanotubos de carbono em sistema de refrigeração

Fonte

Jornal da Unicamp | Universidade Estadual de Campinas

Data

sexta-feira, 1 março 2019 16:15

Áreas

Ciência Ambiental, Inovação, Pesquisa.

Estudo computacional desenvolvido pelo estudante de graduação em Física Tiago Cantuário estimou o coeficiente de performance (COP) de uma máquina refrigeradora que utiliza nanotubos de carbono como elemento refrigerante. O modelo foi baseado no efeito elastocalórico, fenômeno que produz variação de temperatura de um material apenas pela aplicação de forças externas e deformações sobre ele. O trabalho, realizado no contexto do projeto de Iniciação Científica do autor, foi orientado pelo professor Dr. Alexandre Fontes da Fonseca, do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp.

De acordo com o Dr. Fonseca, embora os conceitos abordados no estudo sejam relativamente simples, normalmente trabalhados em sala de aula na disciplina de Física 2, os resultados obtidos apresentam aspectos originais. Tanto é assim que a pesquisa rendeu artigo que foi publicado em um dos mais antigos e conhecidos periódicos científicos alemães, o Annalen der Phisik. “A publicação foi um desdobramento importante que não tínhamos inicialmente como objetivo”, observa o docente.

Para entender o estudo conduzido por Tiago, pontua Fonseca, antes é preciso compreender o que é o efeito elastocalórico, descoberto pela ciência no Século 19. “O material que ajudou a decifrar esse fenômeno foi a borracha. Constatou-se que, quando a borracha é esticada rapidamente, ela sofre um leve aquecimento. Efeito contrário ocorre quando, após ser esticada, ela é distensionada. O que acontece é que, ao deformar a estrutura do material com uma certa rapidez para que não haja tempo de ele trocar calor com o meio externo, o resultado é a variação de temperatura”, explica.

Ao analisarem o que a literatura apresenta sobre o assunto, Tiago e Fonseca identificaram um trabalho que fazia o cálculo computacional do efeito elastocalórico em nanotubos de carbono. “O nanotubo de carbono nada mais é que uma estrutura enrolada sobre si mesma. O referido estudo realizou simulações usando métodos de dinâmica molecular clássica, com aplicação de força e deformação do material no sentido longitudinal. Com isso, os pesquisadores estimaram a variação de temperatura adiabaticamente, ou seja, aquela em que não há troca de calor com o meio externo. Eles obtiveram uma variação de temperatura em torno de 30 graus celsius”, relata o docente.

De posse dessas informações, Tiago assumiu como primeiro desafio reproduzir a metodologia descrita no trabalho, tarefa na qual foi exitoso. “Entretanto, nós decidimos dar um passo adiante. O estudo estrangeiro estimou a diferença de temperatura considerando somente o processo de esticar e soltar os nanotubos. Nós levamos em conta um ciclo termodinâmico completo. Para entender melhor esse ciclo, imagine um refrigerador comum. Para funcionar, ele depende de um material refrigerante, que nesse caso é um gás. Esse material tem que entrar em contato com dois sistemas – ou dois ambientes -, que apresentem temperaturas diferentes. O objetivo é retirar calor da região que pretendemos resfriar e jogá-lo para o ambiente externo”, pormenoriza o professor Fonseca.

Dessa forma, o estudo da Unicamp estimou tanto a variação de temperatura ao esticar e afrouxar os nanotubos quanto o COP de um ciclo termodinâmico, que é a relação entre a quantidade de calor retirada da região que se deseja resfriar, a partir do uso da menor energia externa possível. Para se ter ideia, os refrigeradores comerciais normalmente apresentam um bom coeficiente de performance. O sistema atinge 60% de um limite físico determinado pelas leis da natureza, o chamado limite de Carnot. Isso equivale a um COP em torno de 8. No ciclo tomado para análise por Tiago, com o uso de dois nanotubos diferentes, os coeficientes de performance foram 4,1 e 6,5, respectivamente. “São resultados que estão próximos da eficiência dos refrigeradores comerciais, e que são iguais ou até melhores que o de outros materiais descritos pela literatura e que se baseiam no efeito elastocalórico”, contextualiza o orientador do estudo.

Acesse o conteúdo completo na página do Jornal da Unicamp.

Fonte: Manuel Alves Filho. Imagem: Antonio Scarpinetti.