Coeficiente magnetocalórico e refrigeração magnética

Introdução ao Efeito Magnetocalórico

O efeito magnetocalórico é o intrigante fenômeno físico que se refere à mudança de temperatura que um material sofre à medida que seu campo magnético muda. Esse efeito tem consequências tanto para o aquecimento quanto para o resfriamento, formando o coração de um novo tipo de tecnologia de refrigeração chamada refrigeração magnética. A refrigeração magnética pode ser considerada mais ecológica e eficiente em termos de energia em comparação com os dispositivos de refrigeração de última geração que trabalham com princípios de compressão de gás. À medida que o mundo busca soluções mais sustentáveis, o efeito magnetocalórico apresenta uma excelente oportunidade para setores como refrigeração, ar condicionado e até mesmo aplicações médicas.

A função do coeficiente magnetocalórico

O coeficiente magn etocalórico é um dos parâmetros mais importantes no estudo e na aplicação do efeito magnetocalórico. Esse coeficiente quantifica a quantidade de mudança de temperatura sofrida por um material quando ele é submetido a uma mudança na intensidade do campo magnético. Em outras palavras, é uma medida da suscetibilidade do material a um campo magnético com relação à variação da energia térmica. Quanto maior o coeficiente magnetocalórico, mais eficiente é o material no desenvolvimento de uma determinada mudança de temperatura de refrigeração, o que influencia diretamente a eficiência dos ciclos de refrigeração magnética.

Fatores que afetam o coeficiente magnetocalórico

• Composição do material: Materiais diferentes apresentam propriedades diferentes com relação ao efeito magnetocalórico. Enquanto alguns podem apresentar uma grande mudança de temperatura com a aplicação de um campo magnético, outros podem responder de forma insignificante. A maior parte da pesquisa nesse campo está concentrada em encontrar os materiais que apresentam um efeito magnetocalórico mais alto, especialmente à temperatura ambiente, para fins de otimização do desempenho na refrigeração magnética.
• Intensidade do campo magnético: A intensidade do campo magnético aplicado determina a magnitude da mudança de temperatura. De modo geral, um campo magnético mais forte induzirá uma mudança mais significativa na temperatura. Mas isso também depende da eficiência do processo de acordo com a capacidade do material de responder a esses campos.
• Faixa de temperatura: O valor do coeficiente magnetocalórico depende da faixa de temperatura na qual um determinado material pode ser usado. Isso, portanto, exige a seleção de materiais apropriados para diferentes aplicações, especialmente aquelas que têm faixas de temperatura específicas para refrigeração ou resfriamento.

Como calcular o coeficiente magnetocalórico

Para o cálculo do coeficiente magnetocalórico, é aplicada a seguinte fórmula:

dT/dH=T/ΔH*(dM/dT)

As partes de uma fração consistem em um numerador e um denominador.

Onde:

• dT/dH é o coeficiente magnetocalórico, que representa a alteração na temperatura com relação à alteração no campo magnético.
• T é a temperatura do material.
• ΔH é a alteração no campo magnético.
• dM/dT é a taxa de alteração da magnetização em relação à temperatura, que muitas vezes pode ser determinada experimentalmente.

Refrigeração magnética: Uma visão geral

A refrigeração magnética depende do efeito magnetocalórico para obter resfriamento. Os métodos tradicionais de refrigeração dependem da ação dos gases refrigerantes e dos compressores, mas a refrigeração magnética se refere a materiais magnéticos. Quando esses materiais são magnetizados, eles se aquecem, enquanto a desmagnetização faz com que eles se resfriem. Esse processo pode ser repetido em ciclos contínuos para proporcionar um meio sustentável e eficiente de resfriamento.

Vantagens da refrigeração magnética em relação aos sistemas convencionais

• Eficiência energética: Os sistemas de refrigeração magnética podem ser mais eficientes em termos de energia, pois não dependem do uso de gases refrigerantes, que geralmente requerem alto consumo de energia para compressão e expansão.
• Ecologicamente corretos: Os sistemas convencionais de refrigeração geralmente envolvem HFCs, que são ruins para o meio ambiente devido ao seu alto potencial de aquecimento global. Os sistemas de refrigeração magnética, por outro lado, não envolvem esses gases e, portanto, têm muito menos impacto ambiental.
• Operação silenciosa: Os sistemas de refrigeração magnética funcionam silenciosamente, ao contrário dos refrigeradores e sistemas de ar condicionado convencionais, em que os compressores mecânicos são a parte mais ruidosa do sistema.

Refrigeração magnética: Melhorando a eficiência

Entre as condições que podem acelerar o uso generalizado da tecnologia de refrigeração magnética estão o aumento do coeficiente magnetocalórico e a otimização do projeto do sistema. As estratégias para aumentar a eficiência da refrigeração magnética incluem:

• Engenharia de materiais: Novas ligas, compósitos e compostos estão sendo desenvolvidos para aumentar esse efeito. Em particular, a ênfase está em materiais com um alto coeficiente magnetocalórico à temperatura ambiente, para permitir a refrigeração magnética em aplicações práticas.
• Ciclos magnéticos otimizados: A eficiência da refrigeração magnética também depende de como o campo magnético é aplicado e removido. O refinamento dos ciclos magnéticos permite que os pesquisadores otimizem as mudanças de temperatura resultantes do campo magnético e melhorem o desempenho do sistema de refrigeração.
• Projeto do sistema: Outro fator de grande influência no avanço da refrigeração magnética é o projeto eficiente do sistema. Isso envolve a otimização da disposição dos materiais magnéticos, do processo de resfriamento e do consumo de energia de todo o sistema.

Comparação dos coeficientes magnetocalóricos em vários materiais

A seguir, apresentamos a comparação dos coeficientes magnetocalóricos de vários materiais usados na pesquisa de refrigeração magnética. Os materiais selecionados são baseados em suas respectivas faixas de temperatura e em sua capacidade de gerar grandes mudanças de temperatura quando expostos a um campo magnético.

Acima de tudo, os materiais mencionados acima foram selecionados devido a seus altos coeficientes magnetocalóricos, o que os torna candidatos ideais para aplicações de refrigeração magnética. Cada material possui uma faixa de temperatura operacional diferente, o que se torna muito importante durante a seleção de materiais para aplicações de refrigeração específicas. Para obter mais materiais avançados, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).

Perguntas frequentes

O que é o efeito magnetocalórico?

Um material magnético se aquece ou se resfria quando submetido a um campo magnético variável; esse é o efeito magnetocalórico. A refrigeração magnética, em sua busca por uma tecnologia de resfriamento com eficiência energética e ecologicamente correta, fornece o princípio subjacente a esse campo.

Como a refrigeração magnética difere da refrigeração tradicional?

A refrigeração magnética resfria com materiais magnéticos e o efeito magnetocalórico, em vez de depender de gases refrigerantes na refrigeração convencional. Isso garante maior eficiência energética e é mais ecologicamente correto, pois não envolve gases nocivos.

Por que o coeficiente magnetocalórico é importante?

O coeficiente magnetocalórico é uma medida da mudança de temperatura que o material sofreria com a aplicação de um campo magnético. Quanto mais alto for o valor do coeficiente, melhor ou mais eficiente será o material para trazer melhorias aos sistemas de refrigeração magnética.

Quais materiais têm os maiores coeficientes magnetocalóricos?

É bem conhecido que materiais como gadolínio, Gd; ferro-ródio, FeRh; e ligas de manganês-ferro, MnFe, apresentam um alto coeficiente magnetocalórico. Esses materiais podem ser os candidatos ideais para aplicações de refrigeração magnética.

A refrigeração magnética é viável em eletrodomésticos?

Sim, a refrigeração magnética pode ser aplicada a aparelhos de uso diário, como uma geladeira ou um ar-condicionado. Atualmente, estão sendo realizadas pesquisas e o objetivo é construir sistemas que possam ser instalados em residências, possivelmente oferecendo uma alternativa mais ecológica às tecnologias de refrigeração atuais.