Uma geladeira mais eficiente


National Institute of Standards and Technology (NIST)

Uma solução magnéticamente atraente para problemas de refrigeração

IMAGEM: Quando um gás é comprimido (2), ele se aquece, mas se ele for resfriado e deixado se expadir (3), sua temperatura cai muito abaixo da inicial (4); este é o princípio usado para manter seu refrigerador gelado.

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O sistema de resfriamento, com aquele desagradável zumbido e devorador de energia elétrica, de seu refrigerador pode ficar em breve bem menor, mais silencioso e mais econômico, graças a uma exótica liga metálica descoberta por uma colaboração internacional que trabalha com o Centro de Pesquisas sobre Nêutrons (Center for Neutron Research =NCNR) do National Institute of Standards and Technology (NIST).

A liga pode vir a se mostrar como o material longamente procurado que permitirá o resfriamento magnético, em lugar do sistema de compressão de gases que é usado na refrigeração doméstica e nos sistemas de ar-condicionado. A técnica de resfriamento magnético, embora seja usada há décadas na ciência e na indústria, ainda não era usada na refrigeração doméstica por causa dos obstáculos técnicos e ambientais — porém a colaboração do NIST pode os ter suplantado.

O resfriamento magnético depende de materiais chamados magneto-calóricos que se aquecem quando expostos a um poderoso campo magnético. Depois que eles se resfriam, irradiando o calor, o campo magnético é removido e sua temperatura cai novamente, desta vez dramaticamente. Este efeito pode ser usado em um ciclo de refrigeração clássico e os cientistas conseguiram alcançar temperaturas próximas do zero absoluto desta forma. Dois fatores têm mantido a refrigeração magnética fora do mercado de consumo: a maioria dos magneto-calóricos que funcionam à temperatura ambiente precisam do raro e proibitivamente caro metal gadolínio e de arsênico, uma toxina letal.

No entanto, os refrigeradores convencionais a gás comprimido também têm suas limitações. Eles comumente usam hidro-fluor-carbonetos (HFC), gases de efeito-estufa que podem contribuir para mudanças climáticas se escaparem para a atmosfera. Além disso, está cada vez mais difícil melhorar o desempenho do sistema de refrigeração tradicional. “A eficiência do ciclo de gás está quase que totalmente maximizada”, declara Jeff Lynn do NCNR. “A idéia é substituir esse ciclo por outra coisa”.

IMAGEM: Um material magneto-calórico se aquece quando magnetizado (b); se for resfriado e, então, desmagnetizado c), sua temperatura cairá dramaticamente (d). Os cientistas do NIST podem ter encontrado uma maneira de usar magneto-calóricos em seu refrigerador.Clique aqui para ver o original.

A liga descoberta pela equipe — uma mistura de manganês, ferro, fósforo e germânio — não só é o primeiro magneto-calórico que funciona à temperatura ambiente e que não contém nem gadolínio, nem arsênico — o que a torna mais segura e mais barata — como também tem propriedades magneto-calóricas tão fortes que um sistema com base nela pode competir com a compressão de gás em matéria de eficiência.

Trabalhando em conjunto com (e inspirada por) os cientistas visitantes da Universidade Tecnológica de Beijing, a equipe usou o equipamento de difração de nêutrons do NIST para analisar a nova liga. Eles descobriram que, quando exposta a um campo magnético, a estrutura cristalina do novo material se modifica completamente, o que explica seu excepcional desempenho.

“A compreensão de como fazer a sintonia-fina desta modificação pode nos permitir tornar a eficiência da liga ainda maior”, diz o cristalógrafo Qing Huang do NIST. “Ainda estamos mexendo na composição e, se conseguirmos que ela se magnetize de maneira uniforme, poderemos ser capazes de aumentar mais ainda a eficiência”.

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Os membros da colaboração incluem os cientistas do NIST, da Universidade Tecnológica de Beijing, Universidade de Princeton e da Universidade McGill. As verbas para o projeto foram fornecidas pelo NIST.

* D. Liu, M. Yue, J. Zhang, T.M. McQueen, J.W. Lynn, X. Wang, Y. Chen, J. Li, R.J. Cava, X. Liu, Z. Altounian e Q. Huang. “Origin and tuning of the magnetocaloric effect for the magnetic refrigerant MnFe(P1-xGex)” em Physical Review B. Vol. 79, 014435 (2009)

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