Avaliação do Efeito Barocalórico em Compósitos de Elastômero Termoplástico (TPE) e Nanotubos de Carbono ( NTC)
Daniel Ruivo Costa*
Silvia Luciana Favaro (orientadora) **
Os sistemas de refrigeração modernos são uma maravilha tecnológica cada dia mais requisitadas, devido, principalmente, ao aumento da temperatura média global que de acordo Organização Meteorológica Mundial chegou 1,2 ºC no último século. Entretanto, existem complicações singulares dos fluidos refrigerantes que vem sendo discutidas desde o Protocolo de Montreal em 1987. Neste evento foram definidos prazos para se eliminar o uso de fluidos refrigerantes da época, como os Clorofluorcarbonetos (CFC’s), que causavam a depreciação da camada de ozônio.
Hoje, fluidos modernos como R22 e R134a já não possuem um impacto significativo na camada de ozônio, mas possuem altos valores de Global Warming Potential (GWP), tendo o próprio R134a o valor de 1430, o que significa um impacto no efeito estufa de 1430 vezes maior que o CO2.
Pesquisas na área de refrigeração em estado sólido vem crescendo significativamente, com o intuito de substituir, e, portanto, solucionar, esses desafios dos fluidos refrigerantes, como devido ao amplo leque de possibilidades de materiais e efeitos a serem estudados neste campo.
Dado o panorama apresentado, novas tecnologias de refrigeração baseadas em efeitos calóricos ganharam destaque nas últimas décadas, o que culminou no desenvolvimento de novos materiais e máquinas térmicas ambientalmente amigáveis.
O sistema calórico de refrigeração substitui o fluido refrigerante e o compressor de um sistema convencional de refrigeração por um refrigerante no estado sólido (material i- calórico) e uma fonte externa de campo “i” que deve ser aplicada, respectivamente, causando uma variação na temperatura e na entropia do material.
Dentre as tecnologias calóricas desenvolvidas o efeito Mecanocalórico pode ser subdividido em três efeitos, o Elastocalórico, que utiliza de uma tensão axial, o Torsiocalórico, que utiliza de uma tensão de cisalhamento torcional simples, e por fim o Barocalórico, utilizando de uma pressão hidrostática (Figura 1). Desta forma, este trabalho contempla a pesquisa e o desenvolvimento de um material compósito com matriz de um elastômero termoplástico (TPE) com a adição de nanotubos de carbono, a fim de melhorar suas propriedades térmicas para a aplicação em sistemas de refrigeração em estado sólido
O efeito barocalórico do TPE já foi investigado por Weerasekera N. e col. .(2) onde foi observada uma variação de temperatura até 28ºC. Porém, como é característico dos polímeros serem isolantes sua condutividade térmica é reduzida, por isso, escolheu-se neste trabalho acrescentar nanotubos de carbono, advindos de um material comercial de Polietileno de baixa densidade (PE) como base para o Nanotubos de Carbono (NTC), desenvolvendo assim um compósito com propriedades barocalóricos e elevada condutividade térmica.
Espera-se com esse estudo desenvolver um material que seja comercialmente viável para aplicações em máquinas. Resultados preliminares para amostras do TPE puro e para os compósitos contendo 1% de nanotubos de carbono podem ser observados nas Figuras 2 e 3. Onde foi possível que o compósito apresentou variação de temperatura ainda mais elevada do que o polímero puro.
O restante, ou seja, 42% de todas as emissões de CO2, permanece na atmosfera terrestre, provocando as fortes alterações climáticas que ultimamente tem atingido todo o planeta com consequências, às vezes, devastadoras.
Referências
IMAMURA, W.; PAIXÃO, L. S.; USUDA, E. O.; BOM, N. M.; GAMA, S.; LOPES, E. S. N.; CARVALHO, A. M. G. i-caloric effects: a proposal for normalization. 8th International Conference on Caloric Cooling (Thermag VIII), p. 29, 2018.
WEERASEKERA, N.; AJJARAPU, K. P. K.; SUDAN, K.; SUMANASEKERA, G.; KATE, K.; BHATIA, B. Barocaloric Properties of Thermoplastic Elastomers. Front. Energy Res., [s.l.], v. 10, 30 maio 2022. Seção: Process and Energy Systems Engineering. Disponível em: doi:10.3389/fenrg.2022.887006.
Autores:
* Daniel Ruivo Costa, bolsista Fundação Araucária de Iniciação Tecnológica do NAPI EZC, sob a orientação da **Profª. Dr ª. Sílvia Fávaro, docente da UEM.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
