O objetivo deste projeto é demonstrar a aplicabilidade de um novo ciclo termodinâmico que utiliza, pela primeira vez, o efeito desmagnetizante de materiais magnetocalóricos de estado s
(MMCs). Este novo ciclo possibilita o uso de ímanes permanentes rotativos mais compactos nos refrigeradores magnetocalóricos, que tem sido um dos fatores para o atraso da sua comercialização em
massa.
Um dos objetivos da agenda das Nações Unidas para o desenvolvimento sustentável de 2030 é "garantir acesso a energia acessível, viável, sustentável e moderna para todos". Uma maneira de tornar o
consumo de energia mais sustentável passa por aumentar a eficiência energética de dispositivos de gestão de calor, e.g. dispositivos de aquecimento e refrigeração. Neste contexto, os sistemas
magnetocalóricos têm sido apontados como alternativas viáveis à atual tecnologia de compressão de vapor [Greco2019, Kitanovski2020]. De facto, enquanto a eficiência dos sistemas de compressão de
vapor não atinja mais de 15% da eficiência de Carnot, os sistemas magnetocalóricos podem atingir valores até 60% [Yu2010]. Os sistemas magnetocalóricos baseiam-se na magnetização de MMCs, criando
gradientes de temperatura, em vez de comprimir e expandir gases. O ciclo de Brayton é o ciclo termodinâmico mais utilizado pelos sistemas magnetocalóricos e é dividido em 4 etapas: 2 processos
adiabáticos e 2 processos isocampo [Kitanovski2015].
A principal barreira para a comercialização em massa de dispositivos magnetocalóricos prende-se com a necessidade em usar altos campos magnéticos (H) de modo a obter operações eficientes
[Bjork2008]. Por isso, o desafio atual é o de desenhar fontes de campo adequadas com custos aceitáveis. Para observar uma mudança de temperatura do MMC aceitável, H deve ser maior que 1T. Estes
campos magnéticos só podem ser alcançados por eletroímanes volumosos (que operam gerando perdas térmicas enormes), por supercondutores (que requerem refrigeração criogênica para o seu
funcionamento) ou por ímanes permanentes. Os ímanes permanentes de Halbach podem produzir campos magnéticos uniformes superiores a 1T [Halbach1980]. A comunidade magnetocalórica tem seguido
duas abordagens: ímanes maciços que podem rodar para produzir regiões com campos magnéticos variáveis (com direção constante) e ímanes mais compactos que exigem movimentos recíprocos para
produzir regiões com campos magnéticos variáveis (também com direção constante) [Kitanovski2015].
O uso de ímanes rotativos é mais atraente quando comparado aos ímanes recíprocos, uma vez que as perdas por atrito são reduzidas, a durabilidade é melhorada e não exigem o uso de aceleração e
desaceleração periódica. Até agora, apenas ímanes maciços têm os requisitos necessários para o seu uso rotativo. Neste projeto, propomos uma nova abordagem de refrigeração que permite o uso de
fontes de campo magnético baseadas em ímanes permanentes compactos e rotativos. O conceito que este projeto explorará baseia-se no efeito desmagnetizante do MMC. As mudanças de temperatura dos
MMCs ocorrem quando o campo magnético total varia. O campo magnético total é a soma de duas componentes: o campo magnético aplicado que é produzido pelo íman e o campo desmagnetizante
produzido pelo MMC [Peksoy2005]. Esta última componente torna-se significativa quando se usa campos próximos de 1T e depende exclusivamente da direção de aplicação do campo magnético |
