Inventado mecanismo autossustentável de
refrigeração e geração elétrica
Com
informações do Titech - 02/12/2019
Ilustração
esquemática do conceito de integração da conversão termo-eletroquímica com o
resfriamento por convecção forçada, criando um sistema de resfriamento
autossustentável.
[Imagem: Tokyo Tech]
[Imagem: Tokyo Tech]
Resfriamento ativo
O resfriamento ativo é crucial na maioria das tecnologias modernas, dos
microprocessadores nos computadores até os motores e turbinas, passando por
toda a indústria.
Esse resfriamento por convecção forçada, que força um fluido
refrigerante a circular sobre a superfície de um objeto quente, é eficaz para
atender a um sem-número de requisitos de resfriamento, mas exige uma potência
de bombeamento para enviar o refrigerante pela seção geradora de calor.
No entanto, a refrigeração ativa
- a remoção rápida de uma grande quantidade de energia térmica na fonte de
calor sob uma grande diferença de temperatura - destrói imediatamente o
componente de energia livre da energia térmica, que é uma porção de energia que
poderia ser convertida em trabalho elétrico.
Esse problema, concomitante ao resfriamento por convecção forçada,
permanecia sem solução até hoje, apesar do amplo uso dessa técnica de
resfriamento no mundo atual.
Esquema do conceito de resfriamento de resfriamento autossustentável e a
física relacionada.
[Imagem: Ikeda et al. - 10.1039/c9cp05028k]
[Imagem: Ikeda et al. - 10.1039/c9cp05028k]
Conversão termo-eletroquímica
Um método específico para converter o calor desperdiçado - o calor que
não precisa ser removido ativamente - em energia elétrica por meio de reações
químicas líquidas, tem sido estudado há várias décadas.
Esse método, chamado conversão termo-eletroquímica, envolve a submersão
de dois eletrodos mantidos em temperaturas diferentes em um eletrólito líquido
dentro de um recipiente fechado, onde ocorre uma reação reversível de
redução-oxidação ("redox"). Essa reação gera uma corrente elétrica
através de um circuito externo. As pesquisas sobre conversão
termo-eletroquímica têm sido realizadas basicamente para fluidos estáticos.
Agora, um trio de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio, no
Japão, integrou a conversão termo-eletroquímica com o resfriamento por
convecção forçada para recuperar parcialmente, na forma de energia elétrica,
aquela porção de energia térmica livre que era convertida desnecessariamente,
ou seja, que era perdida.
Na célula desenvolvida pela equipe, o líquido do eletrólito é transportado
como um refrigerante entre dois eletrodos paralelos, um dos quais é o objeto a
ser resfriado. A reação redox que ocorre na célula gera eletricidade, e essa
eletricidade pode ser usada para impulsionar o fluxo de refrigerante através da
célula.
(a) Esquema da configuração experimental. (b) Visão de cima (superior) e
transversal (inferior) da célula em dimensões escalonadas. (c) Gráficos CAD do
catodo (eletrodos do lado quente em vermelho) e dos canais inter-eletrodos
formados entre o catodo e o anodo (eletrodo do lado frio em azul).
[Imagem: Ikeda et al. - 10.1039/c9cp05028k]
[Imagem: Ikeda et al. - 10.1039/c9cp05028k]
Refrigeração autossustentável
Este mecanismo de autoalimentação do sistema é inédito, uma vez que
ninguém até hoje havia abordado sequer o conceito, menos ainda a viabilidade de
um sistema de refrigeração líquida autossustentável.
"Embora a célula protótipo desenvolvida neste estudo seja pequena
e, portanto, o desempenho da geração de energia seja limitado, essa tecnologia
tem muito espaço para melhorias por meio da otimização da geometria do canal
líquido, do material do eletrodo e dos produtos químicos redox," comentou
o professor Yoichi Murakami.
Com esses desenvolvimentos, este conceito pode encontrar aplicação
prática em um futuro muito próximo, garante a equipe, fornecendo uma nova
plataforma tecnológica para a refrigeração.
"Por meio dessa abordagem, podemos recuperar parcialmente a parte
de energia livre da energia térmica atualmente perdida durante o resfriamento
por convecção forçada, e essa energia elétrica pode ser usada para bombear o
líquido de arrefecimento no resfriamento por convecção forçada," reforçou
o professor Murakami.
Bibliografia:
Artigo: Integration of thermo-electrochemical conversion into forced convection cooling
Autores: Yutaka Ikeda, Kazuki Fukui, Yoichi Murakami
Revista: Physical Chemistry Chemical Physics
DOI: 10.1039/c9cp05028k
Artigo: Integration of thermo-electrochemical conversion into forced convection cooling
Autores: Yutaka Ikeda, Kazuki Fukui, Yoichi Murakami
Revista: Physical Chemistry Chemical Physics
DOI: 10.1039/c9cp05028k
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