Refrigeradores Magnéticos
Por: val_pereira • 23/11/2015 • Artigo • 2.767 Palavras (12 Páginas) • 221 Visualizações
RESUMO
O objetivo deste trabalho é apresentar alguns dos resultados obtidos através dos estudos já realizados e fornecer um panorama geral das dificuldades que ainda são enfrentadas para o desenvolvimento desta tecnologia e a previsão para sua utilização economica e sustentavelmente viável.
Palavras-Chaves: Refrigeradores Magnéticos – Efeito Magnetocalórico – Desmagnetização Adiabática
- INTRODUÇÃO
A busca por melhores condições de consumo para atender ao expressivo aumento da demanda por novos produtos com tecnologias cada vez mais eficientes é também aliada da preservação do meio ambiente. Através desta busca tem-se criado soluções que são, ao mesmo tempo, menos agressivas ao meio ambiente e mais eficientes energeticamente.
Um exemplo disso são os chamados refrigeradores eletromagnéticos, que têm por princípio de funcionamento o efeito magnetocalórico que alguns materiais sofrem ao serem submetidos a um campo magnético.
Essa técnica está ainda em desenvolvimento, pois os materiais com o efeito adequado ao funcionamento à temperatura ambiente são bastante onerosos à produção comercial de refrigeradores que utilizariam esta técnica. Os estudos atualmente estão baseados na descoberta de ligas metálicas de baixo custo e que possam funcionar na faixa de trabalho adequada à utilização em sistemas pequenos de refrigeração, como condicionadores de ar e geladeiras.
Estes sistemas não utilizam materiais nocivos ao meio ambiente e poderão, num futuro próximo, substituir os equipamentos atuais que utilizam gases nocivos e consomem muita energia para manter a refrigeração através da compressão destes gases.
- CAMPO MAGNÉTICO
- O EFEITO MAGNETOCALÓRICO
O efeito magnetocalórico (EMC) é o fenômeno de emissão ou absorção de calor por um material magnético quando submetido à ação de um campo magnético, que causa variação de sua energia interna e é uma propriedade intrínseca dos materiais. O EMC provoca alterações não somente na temperatura do material, mas também na entropia de seu subsistema magnético (FARLEY CORREIA SARDINHA, 2008). Este fenômeno foi descoberto em 1881 pelo físico alemão Emil Warburg (1846-1931). (MARIO REIS, 2005)
A aplicação do EMC começou apenas cinco décadas após sua descoberta, em 1933, com o físico holandês Peter Debye (1884-1966) e o químico norte-americano William F. Giauque (1895-1982). Ele conseguiu conduzir materiais a temperaturas próximas do zero absoluto (zero na escala Kelvin, equivalente a -273ºC) utilizando o EMC, através da magnetização e desmagnetização de um sal paramagnético usado como substância ativa (ou AMR – active magnetic regenerator). (PEDRO JORGE VON RANKE PERLINGEIRO, 1999).
- DESMAGNETIZAÇÃO ADIABÁTICA
A aplicação de um campo magnético ao sal e posteriormente a remoção deste campo compõem o ciclo de perda e ganho de temperatura, chamado ciclo termodinâmico. O resfriamento ocorre sem troca de calor com o meio externo, por isso é chamado adiabático, diferentemente do que acontece com os modelos atuais de resfriamento com gases. (PEDRO JORGE VON RANKE PERLINGEIRO, 1999).
O constante aperfeiçoamento da técnica de refrigeração-aquecimento por magnetização-desmagnetização adiabática, especialmente a ativação e desativação da magnetização dos núcleos dos átomos, além da descoberta de materiais ativos mais eficientes permitiram atingir temperaturas de microkelvin, abrindo as portas para o estudo de novos fenômenos e efeitos da matéria e trazendo novos conhecimentos teóricos que descrevem compostos e ligas magnéticas com base na elaboração e compreensão de modelos quântico-estatísticos e na realização de experimentos, permitindo identificar novos materiais ativos com alto grau de pureza e elevado efeito magnetocalórico. (PEDRO JORGE VON RANKE PERLINGEIRO, 1999).
O material ativo (AMR) é constituído de átomos não-magnéticos e íons magnéticos no estado paramagnético, que podem ser vistos como pequenos ímãs em uma rede cristalina (figura 1). Essa rede exibe repetições periódicas onde os átomos magnéticos (setas) e os não-magnéticos (esferas) ocupam posições (sítios) bem localizadas. Os íons interagem entre se de modo direto ou através de elétrons de condução. Estes não pertencem especificamente a um sítio da rede e podem fazer a interação de troca entre os átomos da rede. (PEDRO JORGE VON RANKE PERLINGEIRO, 1999).
Colocando o material entre os polos de um eletroímã que gera um campo magnético, os spins dos íons magnéticos tendem a se alinhar na direção do campo (figura 2). Esse alinhamento é semelhante ao da agulha da bússola em relação ao campo magnético da Terra e dá origem a um estado mais organizado, ou de menor entropia (medida do grau de ordem de um sistema. Quanto menor o grau de entropia, mais organizado é o sistema). (PEDRO JORGE VON RANKE PERLINGEIRO, 1999).
Determinados materiais podem ter os spins alinhados espontaneamente, sem a aplicação de um campo magnético. Este alinhamento ocorre através do resfriamento do material abaixo de uma temperatura crítica, denominada temperatura de Curie (TC) – descoberta pelo físico francês Pierre Curie (1859-1906), diferente para cada material, levando a uma configuração de ordem magnética. (PEDRO JORGE VON RANKE PERLINGEIRO, 1999).
A temperatura de Curie marca o limite das fases. Se a temperatura do material é maior que a temperatura de Curie (T > TC), ele permanece na fase paramagnética (alta entropia), desde que não lhe seja aplicado um campo magnético (figura 1). Resfriando o material abaixo da temperatura de Curie (T < TC), este passa para a fase ordenada ferromagnética, com baixa entropia (figura 3). (PEDRO JORGE VON RANKE PERLINGEIRO, 1999).
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Figura 1. Figura 2. Figura 3.
Fonte: http://www.cbpf.br/~labmag/magnet.pdf
- Entendendo o Processo
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Figura 4. Fonte: http://www.cbpf.br/~labmag/magnet.pdf
O ciclo de resfriamento envolve o processo adiabático (sem troca de calor com o exterior) e também processo isotérmico, onde o AMR é mantido a uma temperatura constante. (PEDRO JORGE VON RANKE PERLINGEIRO, 1999).
O resfriamento inicia no estágio A, quando o AMR é submetido ao contato térmico com hélio líquido, por exemplo, iniciando o processo isotérmico, com temperatura inicial (TQ) = 1K (-272ºC), por exemplo. É aplicado um campo magnético, que irá alinhar os spins dos íons, reduzindo a entropia do material, que evolui para o estágio B. (PEDRO JORGE VON RANKE PERLINGEIRO, 1999).
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