Uma equipe de pesquisadores do Brasil descobriu que a borracha natural vulcanizada é campeã com relação a qualquer outro material já estudado na sua capacidade de mudar de temperatura ao ser comprimida e descomprimida – um fenômeno conhecido como “efeito barocalórico”.
A descoberta abre interessantes possibilidades de uso da borracha natural vulcanizada em aplicações avançadas, principalmente na área da “refrigeração de estado sólido”. Essa expressão se refere a sistemas de refrigeração (como a geladeira ou o ar condicionado) que se baseiam no uso de materiais refrigerantes em estado sólido para absorver o calor do sistema que se deseja esfriar e transferi-lo para um ambiente externo, em vez dos fluídos (estados gasoso e líquido) que são usados nos dispositivos convencionais. A pesquisa foi reportada em um artigo (Giant Barocaloric Effects in Natural Rubber: A Relevant Step toward Solid-State Cooling) recentemente publicado no ACS Macro Letters (dx.doi.org/10.1021/acsmacrolett.7b00744), periódico da editora da American Chemical Society da área de Ciência de Polímeros e afins, cujo fator de impacto é de 6,185.“Considerando que a borracha natural esquenta bastante quando pressionada (mais de 20 graus acima da temperatura inicial) e esfria quando a pressão é aliviada (pelo menos 20 graus abaixo da temperatura inicial), podemos pensar em utilizá-la como um material refrigerante em um refrigerador”, diz Alexandre Magnus Gomes Carvalho, pesquisador do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) e autor correspondente do artigo.
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| Representação esquemática do ciclo barocalórico, baseado em processos de compressão confinada e descompressão. |
A representação do ciclo barocalórico de um material sólido exibida acima dá uma ideia de como a borracha natural vulcanizada pode esfriar um sistema, retirando calor dele e liberando-o ao ambiente externo. No processo 1 do ciclo, comprime-se de forma rápida a borracha (representada pelos retângulos amarelos) e, em consequência, sua temperatura aumenta abruptamente (Tquente). No processo 2, a pressão sobre a borracha é mantida constante, mas sua temperatura se reduz ao liberar calor para o ambiente externo buscando o equilíbrio térmico. Vale lembrar que, na natureza, dois corpos ou sistemas com temperaturas diferentes tendem a buscar o equilíbrio térmico – estado em que as temperaturas de ambos se igualam. Esse equilíbrio é alcançado mediante a transferência de calor do sistema ou corpo mais quente para o mais frio. No processo 3 do ciclo, quando a borracha atinge sua temperatura inicial (Ti), alivia-se rapidamente a pressão, fazendo a temperatura da borracha diminuir abruptamente (Tfria). No processo 4, o ambiente externo transfere calor à borracha, novamente em busca do equilíbrio térmico. Quando a borracha atinge a temperatura inicial, o ciclo recomeça a partir de um novo processo de compressão.
Para investigar o efeito barocalórico da borracha, Carvalho e os demais autores do artigo utilizaram amostras de borracha natural vulcanizada de cerca de 1 cm de diâmetro. Com elas, realizaram um estudo sistemático no qual foram variando a pressão exercida nas amostras e a temperatura inicial das mesmas, e medindo as variações de temperatura e entropia (ambas diretamente relacionadas à variação de calor de um sistema). Os experimentos foram realizados no Laboratório de Materiais i-Calóricos (LMiC), um dos laboratórios temáticos do LNLS, no CNPEM, cujo coordenador é Alexandre Carvalho.
