Ele pode ser usado para resfriar ou aquecer o ar em uma sala ou para resfriar ou aquecer líquidos. E parece algo que Q - o especialista em tecnologia e engenheiro dos filmes de James Bond - pode ter inventado. O protótipo do dispositivo, que foi desenvolvido por uma equipe de pesquisa liderada pelos professores Stefan Seelecke e Andreas Schütze na Universidade de Saarland, é capaz de transferir calor usando 'músculos' feitos de níquel-titânio. Níquel-titânio ou nitinol, como é frequentemente conhecido, é um material com memória de forma que libera calor para o ambiente ao ser carregado mecanicamente em seu estado superelástico e absorve o calor do ambiente ao ser descarregado. Esta propriedade incomum é a razão pela qual o nitinol também é conhecido como uma 'liga inteligente' ou como 'fio de músculo. "Este efeito foi explorado pelos pesquisadores de Saarbrücken que desenvolveram um sistema de aquecimento e resfriamento ecológico de duas a três vezes mais eficiente do que os dispositivos convencionais de aquecimento e resfriamento.

A Comissão da UE e o Departamento de Energia dos Estados Unidos avaliaram o novo processo e o consideram a tecnologia alternativa mais promissora aos sistemas de refrigeração por compressão de vapor existentes.

A equipe de engenheiros de Saarbrücken exibirá sua tecnologia no Hannover Messe deste ano, de 1 a 5 de abril no Saarland Research and Innovation Stand (Hall 2, Suporte B46).

As regras são claras o suficiente:para esfriar algo, você precisa remover o calor dele. E para aquecer algo, a energia térmica deve ser fornecida a ele. O sistema de protótipo que os engenheiros da Universidade de Saarland desenvolveram faz essas duas coisas. Mas seu sistema transporta calor usando um novo método que evita os problemas e desvantagens associados aos sistemas convencionais de aquecimento e resfriamento. "Nosso sistema dispensa os refrigerantes convencionais que são tão prejudiciais ao meio ambiente, "explica o professor Andreas Schütze, da Universidade de Saarland - um especialista na área de tecnologia de sensores e medição.

O princípio subjacente é simples e envolve essencialmente a sujeição de uma liga com memória de forma (SMA) particular - neste caso de níquel-titânio - a ciclos de carregamento / descarregamento controlados. "As transições de fase resultantes que ocorrem na estrutura do cristal da liga liberam ou absorvem o calor latente, dependendo de qual parte do ciclo o material está, "diz o professor Stefan Seelecke, que detém a cadeira em Sistemas de Material Inteligente na Universidade de Saarland. Este efeito é particularmente pronunciado em fios de níquel-titânio. "Quando fios de nitinol pré-tensionados são descarregados em temperatura ambiente, eles esfriam em até 20 graus, "diz Felix Welsch, que tem trabalhado no protótipo como parte de seu projeto de pesquisa de doutorado, junto com sua colega de equipe Susanne-Marie Kirsch. Este fenômeno torna possível remover o calor do sistema. "Quando os fios são carregados mecanicamente, eles aquecem em uma quantidade semelhante, para que o processo também possa ser usado como uma bomba de calor, "explica Welsch.

O protótipo é a primeira máquina em operação contínua que resfria o ar usando esse processo. A equipe projetou e desenvolveu um acionador de came com patente pendente, cuja rotação garante que feixes de fios de nitinol de 200 mícrons de espessura sejam carregados e descarregados alternadamente de forma que o calor seja transferido da forma mais eficiente possível. O ar é soprado através dos feixes de fibras em duas câmaras separadas:em uma câmara o ar é aquecido, no outro é resfriado. O aparelho pode, portanto, funcionar como bomba de calor ou como refrigerador.

Mas o que parece tão simples acaba sendo difícil e complexo de implementar. Os engenheiros da Saarland University e do Zema (Centro de Mecatrônica e Tecnologia de Automação) em Saarbrücken passaram vários anos trabalhando no problema em diferentes projetos, incluindo o programa prioritário financiado pela DFG "Ferroic Cooling". Usando uma combinação de investigações experimentais e modelagem numérica, eles foram capazes de identificar como maximizar a eficiência do mecanismo subjacente, o nível de carga do fio necessário para atingir um grau específico de resfriamento, a velocidade de rotação ideal e quantos fios de nitinol precisam ser incluídos em um pacote. "Quanto maior a área de superfície, quanto mais rápida a transferência de calor, é por isso que feixes de fios fornecem os melhores recursos de resfriamento, "explica Susanne-Marie Kirsch." Usamos uma câmera de imagem térmica para analisar precisamente como os estágios de aquecimento e resfriamento ocorrem. "Como resultado de seu trabalho de pesquisa, a equipe de engenharia agora tem uma gama de parâmetros que podem ser ajustados para adaptar seu sistema para atender a diferentes necessidades. “Pegamos os resultados obtidos até agora e desenvolvemos um programa de software que nos permite ajustar precisamente nossa tecnologia de aquecimento e resfriamento em um computador para aplicações específicas. Uma vez que a modelagem e o planejamento do computador foram concluídos, o sistema pode então ser construído, "explica Kirsch.

Esta pesquisa básica pode muito bem ter aplicações industriais interessantes, porque a nova tecnologia de aquecimento e resfriamento desenvolvida em Saarbrücken é altamente eficiente. Dependendo da liga usada, a potência de aquecimento ou resfriamento do sistema é até trinta vezes maior do que a potência mecânica necessária para carregar e descarregar os feixes de fios de liga. Isso já torna o novo sistema pelo menos duas vezes melhor do que uma bomba de calor convencional e três vezes melhor do que um refrigerador convencional. “Nossa nova tecnologia também é ecologicamente correta e não prejudica o clima, como o mecanismo de transferência de calor não usa líquidos ou vapores. Assim, o ar em um sistema de ar condicionado pode ser resfriado diretamente, sem a necessidade de um trocador de calor intermediário, e não temos que usar sem vazamentos, tubulação de alta pressão, "explica o professor Seelecke.

A equipe está atualmente trabalhando para otimizar ainda mais a transferência de calor dentro do sistema, a fim de aumentar ainda mais a eficiência da nova tecnologia. “Nosso objetivo é chegar a um estágio em que quase toda a energia da transição de fase seja usada para aquecimento ou resfriamento, "diz o doutorando Felix Welsch.