Estudo do efeito barocalórico em borracha natural, vulcanizada e blendas com pó de pneu
Data
2019-09-06
Autores
Usuda, Erik Oda 
Orientadores
Carvalho, Alexandre Magnus Gomes
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
The current refrigeration systems based on vapor compression cycles, also known as conventional refrigeration, have some problems inherent to their technology. One of the problems is the substance used as refrigerant, in most of the cases it is based on hydrocarbons that can contribute to global warming when released to the atmosphere. Furthermore, some refrigerants use chloride in their composition, which contributes to the depletion of the ozone layer. Another problem is related to energy efficiency, which is not high and is reaching their technological limits. Therefore, it is important to search for other alternatives which are more efficient and eco-friendly. A promising technology is the solid-state refrigeration, which is based on materials that present i-caloric effects. In this dissertation, it was studied the barocaloric effect, a class of i-caloric effects, in vulcanized natural rubber (BNV), natural rubber (BN), ground tire rubber (GTR) and blends composed by BNV and GTR (BNV/GTR). In the latter case, it was studied samples with different contents of GTR. In all materials, the results obtained for the barocaloric effect (isothermal entropy change, ΔST, and adiabatic temperature change, ΔTS) reached values above 15 K of ΔTS and surpassed 60 J kg-1 K-1 of ΔST for pressure change up to 390 MPa around room temperature. Such values are comparable or superior to the best i-caloric materials in the literature. Besides, other properties were obtained from these materials, such as the pressure dependence of the glass transition temperature (Tg) and estimated entropy curves under pressure as function of temperature. Also, it was verified that the glass transition reduces the values of ΔST and ΔTS. Among the materials studied here, natural rubber presented the higher values of ΔST and ΔTS, surpassing vulcanized natural rubber. This can be attributed to the greater chain deformation and mobility under pressure. Increasing the GTR content in the blends resulted in a lower effect, still, the results were high. The materials studied in this dissertation presented promising barocaloric effect, envisaging the viability for application in solid-state refrigeration with low environmental impact.
Os atuais sistemas de refrigeração baseados em compressão de vapores, também conhecidos como refrigeração convencional, possuem alguns problemas inerentes ao tipo de tecnologia. Um deles é a substância usada como refrigerante, que na maioria dos casos, são hidrocarbonetos que podem contribuir no aquecimento global quando liberados na atmosfera. Além disso, há os refrigerantes com cloro na composição, que causam depleção da camada de ozônio. Outro problema é quanto a eficiência de refrigeração, que não é elevada e está no limite da tecnologia. Por isso, é importante buscar outras alternativas que sejam mais eficientes e ecológicas. Uma tecnologia promissora é a refrigeração de estado sólido que se baseia em materiais que apresentam efeitos i-calóricos. Nesta dissertação, foi estudado o efeito barocalórico, uma classe dos efeitos i-calóricos, em borracha natural (BN), borracha natural vulcanizada (BNV), pó de pneu usado (GTR) e blendas entre pó de pneu e borracha natural vulcanizada (BNV/GTR). No caso das blendas, foram estudadas amostras com diferentes concentrações de pó de pneu. Em todos os materiais, os resultados obtidos para o efeito barocalórico (variação isotérmica de entropia, ΔST, e variação adiabática de temperatura, ΔTS) atingiram valores acima de 15 K de ΔTS e ultrapassaram os 60 J kg-1 K-1 de ΔST para variações de pressão de até 390 MPa em temperaturas próximas ao ambiente. Tais valores são comparáveis ou superiores aos melhores materiais i-calóricos da literatura. Além disso, outras propriedades foram retiradas dos materiais, como a variação da temperatura de transição vítrea (Tg) com o aumento de pressão e estimadas curvas de entropia em função da temperatura sob pressão. Também foi verificado que a transição vítrea reduz os valores de ΔST e ΔTS. A borracha natural foi o que apresentou os maiores valores de ΔST e ΔTS, superando a borracha natural vulcanizada. Isso pode ser atribuído à maior mobilidade e deformação das cadeias sob pressão. Já o aumento de pó de pneu nas blendas resultou em pouca diminuição do efeito. Os materiais estudados nesta dissertação apresentaram efeito barocalórico promissor, evidenciando a viabilidade para aplicação em refrigeradores de estado sólido de baixo impacto ambiental.
Os atuais sistemas de refrigeração baseados em compressão de vapores, também conhecidos como refrigeração convencional, possuem alguns problemas inerentes ao tipo de tecnologia. Um deles é a substância usada como refrigerante, que na maioria dos casos, são hidrocarbonetos que podem contribuir no aquecimento global quando liberados na atmosfera. Além disso, há os refrigerantes com cloro na composição, que causam depleção da camada de ozônio. Outro problema é quanto a eficiência de refrigeração, que não é elevada e está no limite da tecnologia. Por isso, é importante buscar outras alternativas que sejam mais eficientes e ecológicas. Uma tecnologia promissora é a refrigeração de estado sólido que se baseia em materiais que apresentam efeitos i-calóricos. Nesta dissertação, foi estudado o efeito barocalórico, uma classe dos efeitos i-calóricos, em borracha natural (BN), borracha natural vulcanizada (BNV), pó de pneu usado (GTR) e blendas entre pó de pneu e borracha natural vulcanizada (BNV/GTR). No caso das blendas, foram estudadas amostras com diferentes concentrações de pó de pneu. Em todos os materiais, os resultados obtidos para o efeito barocalórico (variação isotérmica de entropia, ΔST, e variação adiabática de temperatura, ΔTS) atingiram valores acima de 15 K de ΔTS e ultrapassaram os 60 J kg-1 K-1 de ΔST para variações de pressão de até 390 MPa em temperaturas próximas ao ambiente. Tais valores são comparáveis ou superiores aos melhores materiais i-calóricos da literatura. Além disso, outras propriedades foram retiradas dos materiais, como a variação da temperatura de transição vítrea (Tg) com o aumento de pressão e estimadas curvas de entropia em função da temperatura sob pressão. Também foi verificado que a transição vítrea reduz os valores de ΔST e ΔTS. A borracha natural foi o que apresentou os maiores valores de ΔST e ΔTS, superando a borracha natural vulcanizada. Isso pode ser atribuído à maior mobilidade e deformação das cadeias sob pressão. Já o aumento de pó de pneu nas blendas resultou em pouca diminuição do efeito. Os materiais estudados nesta dissertação apresentaram efeito barocalórico promissor, evidenciando a viabilidade para aplicação em refrigeradores de estado sólido de baixo impacto ambiental.