Cientistas criam bomba de calor eletrocalórica de alto desempenho

*Eletrônica de potência integrada desenvolvida na Alemanha aumenta significativamente a eficiência de bombas de calor de estado sólido | Foto: Fraunhofer IAF/Divulgação*

Em um engenhoso projeto de pesquisa que promete revolucionar a indústria de eletrônica de potência e, de quebra, o setor de refrigeração e ar condicionado nos próximos anos, pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Física de Estado Sólido Aplicada (IAF) da Alemanha desenvolveram uma inovadora bomba de calor eletrocalórica de alto desempenho.

Diferentemente dos equipamentos convencionais, que dependem de compressores e fluidos refrigerantes para funcionar, as bombas de calor eletrocalóricas utilizam materiais sólidos, como cerâmicas e polímeros, que mudam de temperatura sob a aplicação de um campo elétrico.

Esse princípio oferece uma alternativa mais limpa e eficiente para transferência de calor, eliminando a necessidade de se utilizar substâncias potencialmente perigosas e/ou nocivas ao meio ambiente nos circuitos frigoríficos.

Segundo os pesquisadores, as bombas eletrocalóricas de hoje atingem, em termos de desempenho geral, apenas cerca de 50% do limite físico de Carnot, enquanto o novo equipamento pode alcançar, teoricamente, uma eficiência de 85%.

Esse aumento significativo na eficiência é, em grande parte, devido à eletrônica de potência integrada desenvolvida pelos especialistas.

Com a utilização do semicondutor nitreto de gálio (GaN), a equipe do Fraunhofer IAF aumentou a densidade de potência e eficiência do sistema. A topologia de circuito que os cientistas desenvolveram para conversores de tensão, baseada em transistores de GaN, alcançou uma eficiência elétrica impressionante de 99,74%.

“Ainda há muita pesquisa a ser feita, mas no futuro essa tecnologia poderá se tornar uma solução mais eficiente e completamente livre de emissões [de carbono] para aquecimento e refrigeração”, afirma Stefan Mönch, pesquisador líder do projeto.

Os resultados alcançados são considerados pela comunidade acadêmica como um benchmark mundial e um passo importante para o desenvolvimento de bombas de calor de estado sólido mais eficientes. O artigo sobre o assunto, revisado por pares, foi publicado em abril no IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics.