Um aparelho condicionador de ar com sistema de refrigeração magnética está colocando a Universidade Federal de Santa Catarina na vanguarda das pesquisas na área, por ser uma das primeiras instituições no mundo a utilizar essa tecnologia neste tipo de equipamento. O trabalho é resultado de uma série de estudos desenvolvidos no Laboratórios de Pesquisa em Refrigeração e Termofísica (Polo), sob a coordenação do professor Jader Barbosa, e tem recebido prêmios – um deles da International Conference on Caloric Cooling, concedido à pesquisa de doutorado de Fábio Pinto Fortkamp, egresso da UFSC e atualmente professor da Udesc.
De acordo com Barbosa, há pelo menos dez anos a UFSC busca desenvolver uma alternativa à refrigeração convencional, baseada na tecnologia de compressão mecânica de vapor. Por essa técnica, um fluido, muitas vezes danoso ao meio-ambiente, é sucessivamente comprimido e expandido em um processo cíclico para, por exemplo, garantir a conservação dos produtos dentro de um gabinete refrigerado. “O que a gente procura é substituir essa tecnologia por uma outra, baseada em outro princípio, que é o efeito magnetocalórico”, explica.
A busca por um melhor desempenho da tecnologia passa pelo planejamento de um sistema completo, o que tem colocado a universidade como uma das instituições de excelência, em nível nacional, com resultados com repercussão importante também mundialmente. “Há cerca de seis a oito grupos do mundo, de maior estatura, desenvolvendo essa tecnologia em vários níveis. No Brasil nós somos o de maior envergadura, pois obtivemos resultados bastante expressivos”.
Protótipo da adega projetada na UFSC
Um desses resultados foi recentemente publicado no artigo A magnetic wine cooler prototype, veiculado no periódico International Journal of Refrigeration. O artigo apresenta o projeto e a avaliação do desempenho de uma nova unidade de refrigeração magnética capaz de controlar a temperatura de um refrigerador de vinho com 31 garrafas. O protótipo da adega passou por testes de abaixamento de temperatura e consumo energético operando com um circuito magnético totalmente concebido e projetado na UFSC.
Seus resultados, como tudo o que envolve a produção científica e tecnológica, também são utilizados para o desenvolvimento do condicionador de ar inédito no mundo, que é financiado com recursos da Companhia de Desenvolvimento de Minas Gerais (Codemge) e da Empresa Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial. Segundo Barbosa, o Brasil ainda está nos primeiros passos no que se refere ao desenvolvimento de circuitos magnéticos para aplicações em refrigeração. A Codemge tem investido nessa área com a criação do primeiro laboratório-fábrica de ímãs terras-raras do hemisfério sul, em Lagoa Santa.
Além dos circuitos de ímãs, os refrigeradores magnéticos têm como componentes principais os regeneradores magnético-ativos, compostos pelo material magnetocalórico. É nestes regeneradores que o chamado efeito magnetocalórico é observado – quando ocorre uma variação na sua temperatura em resposta a uma variação do campo magnético aplicado. “O objetivo final da nossa pesquisa é integrar tudo para que haja um menor consumo de energia, melhor do que a tecnologia convencional não só em termos de custo, mas também de eficiência. Não adianta ter somente uma tecnologia que não use o fluido nocivo ao meio ambiente, mas consuma mais energia. Ela tem que ganhar no todo”, resume.
Aprendizado de máquina
Uma das descobertas da equipe rumo ao desenvolvimento da refrigeração magnética recebeu recentemente a premiação de melhor apresentação pré-gravada na International Conference on Caloric Cooling, principal evento científico internacional sobre tecnologias de resfriamento calórico e suas aplicações. A pesquisa de Fábio Pinto Fortkamp foi orientada pelo professor Jader Barbosa e pelo pesquisador Jaime Lozano e aplicada no protótipo da adega e do condicionador de ar.
O trabalho consistiu no desenvolvimento de uma ferramenta de aprendizado de máquina para otimizar o circuito magnético, a parte mais cara do sistema e um dos seus componentes mais importantes. Ao portal da Capes, Fortkamp explicou que há muitas perguntas a se responder sobre o circuito magnético – a quantidade de ímã, de ferro, o tamanho de cada bloco, sua orientação e uma série de outros parâmetros.
Segundo ele, o aprendizado de máquina economiza tempo de computação. “Em vez de simular mil casos diferentes, é possível simular 100 e fazer o computador aprender o resto. O computador aprende como o campo magnético varia de acordo com cada parâmetro. Assim, é possível simular uma infinidade de casos em um intervalo de tempo muito pequeno”, explica.
De acordo com Barbosa, o trabalho contribui para o desenvolvimento de outros possíveis protótipos e equipamentos. “Com isso vamos criar modelos matemáticos para diversas finalidades. Por exemplo, se quisermos minimizar o custo, temos como fazer isso e o sistema se otimiza para minimizar o custo. Se quisermos maximizar o desempenho, temos como ajustar parâmetros do modelo para que isso ocorra”, ilustra.
O reconhecimento da comunidade científica, que concedeu o prêmio ao trabalho desenvolvido no Polo, também valida as pesquisas pioneiras realizadas pela UFSC em âmbito internacional. Para o professor, ainda que os protótipos estejam em fase de desenvolvimento – o que envolve a necessidade constante de aperfeiçoamentos para que o produto se torne de fato competitivo – a possibilidade de gerar recursos humanos e trabalhar em uma frente inovadora são um grande fator motivador.
Amanda Miranda, jornalista da Agecom/UFSC, com informações da Capes
Um trabalho de conclusão de curso (TCC) do Departamento de Engenharia Mecânica acaba de ser premiado como o melhor trabalho de graduação em um evento internacional, o 26th International Congress of Mechanical Engineering (COBEM 2021). A pesquisa Sistema de gerenciamento hidráulico para uma unidade de refrigeração magnética, de autoria do aluno Diego dos Santos, foi defendida em junho de 2020 e teve a orientação do professor Jader Riso Barbosa Junior, com co-orientação dos pesquisadores Jaime Andrés Lozano Cadena e Guilherme Fidelis Peixer, do Laboratórios de pesquisa em Refrigeração e Termofísica (Polo).
