Análise experimental do efeito barocalórico associado à transição sólido-líquido em ácidos graxos saturados

Abstract

RESUMO: Neste trabalho, investigou-se o efeito barocalórico em três ácidos graxos saturados - mirístico, palmítico e esteárico - com foco na influência da transição de fase sólido-líquido nas propriedades barocalóricas. Os materiais foram caracterizados por meio de calorimetria diferencial de varredura, espectroscopia Raman e ensaios barocalóricos diretos e cíclicos sob compressão e descompressão adiabáticas. Os resultados revelaram valores significativos de variação de temperatura adiabática e de entropia isotérmica próximos à transição de fase, atingindo até 34,1 K e 228 J·kg?¹·K?¹, respectivamente, para o ácido palmítico sob pressão de 174 MPa. Observou-se que o aumento no número de átomos de carbono na cadeia molecular eleva a temperatura de fusão dos ácidos, permitindo ajustar sua faixa de operação. A espectroscopia Raman evidenciou alterações conformacionais do tipo trans-gauche associadas à transição de fase, reforçando a natureza configuracional do efeito observado. Ensaios cíclicos demonstraram boa reversibilidade térmica até 30 ciclos, embora limitações relacionadas à cristalização parcial tenham sido identificadas. Os resultados obtidos demonstram o potencial dos ácidos graxos como materiais barocalóricos sustentáveis, de baixo custo e promissores para futuras aplicações em dispositivos de estado sólido, especialmente por meio do uso de misturas eutéticas para o ajuste das propriedades termofísicas.

ABSTRACT: This work investigates the barocaloric effect in three saturated fatty acids—myristic, palmitic, and stearic—with a focus on the influence of solid–liquid phase transition on barocaloric properties. The materials were characterized using differential scanning calorimetry, Raman spectroscopy, and direct and cyclic barocaloric tests under adiabatic compression and decompression. The results revealed significant values of adiabatic temperature change and isothermal entropy change near the phase transition, reaching up to 34.1 K and 228 J·kg.¹·K.¹, respectively, for palmitic acid under 174 MPa. It was observed that increasing the number of carbon atoms in the molecular chain raises the melting temperature, enabling the tuning of the operational range. Raman spectroscopy revealed trans-to-gauche conformational changes associated with the phase transition, reinforcing the configurational nature of the observed effect. Cyclic tests demonstrated good thermal reversibility for up to 30 cycles, although limitations related to partial crystallization were identified. The results demonstrate the potential of fatty acids as sustainable, low-cost barocaloric materials for future applications in solid-state devices, particularly through the use of eutectic mixtures to tailor thermophysical properties.