Os sistemas de refrigeração provocam o resfriamento
de interiores, como ar condicionados, refrigeradores e freezers. Os objetivos principais
da refrigeração são armazenamento de alimentos a baixas temperaturas para evitar ação de
bactérias e o surgimento bolor ou fermentação e manter uma temperatura estável em ambientes ou
em equipamentos eletrônicos.
O resfriamento ocorre através do processo de trocas de calor.
O refrigerador é uma máquina térmica em que a troca do calor se dá do
sistema mais frio (interior da geladeira) para o sistema mais quente (meio externo).
Mas isso não viola a Segunda Lei da termodinâmica que diz que a
transferência de calor é sempre do sistema mais quente para o mais frio?
Violaria se esse processo fosse espontâneo como preconiza a Segunda Lei, mas para
que as geladeiras funcionem dessa forma, é necessário um fornecimento externo de energia que ocorre através de
um compressor que realiza trabalho mecânico sobre uma substância refrigerante, tornando possível o sentido
inverso da troca de calor.
O primeiro refrigerador utilizável foi contruído pelo engenheiro americano
Jacob Perkins, em 1834, e utilizava como substância refrigerante o dióxido sulfúrico que ferve e
se condensa a temperaturas abaixo de zero.
Hoje a escolha da substância depende da
finalidade do refrigerador e do impacto
ambiental. Nas geladeiras domésticas, a substância utilizada é o freon
que, a baixa pressão se vaporiza e a alta pressão se condensa. Para
essas mudanças de pressão utiliza-se um compressor e uma válvula
descompressora, porém, o freon é uma substância que agride a camada de
ozônio e está sendo substituído por outras substâncias, como o CFC
(clorofluorcarbono) ou HCFC (hidroclorofluorcarbono).
Basicamente, uma geladeira é constituída por um compressor, um condensador, uma
válvula e um congelador dispostos como na figura.
Como funciona um refrigerador?
É uma máquina térmica que opera em ciclos semelhante aos motores de combustão interna.
O ciclo começa no compressor (a figura mostra um modelo de compressor), que é acionado por um motor elétrico.
A função do compressor é de aumentar a pressão o suficiente para que liquefaça em temperaturas próximas da temperatura ambiente.
Quando o êmbolo
do cilindro desce, a válvula de admissão se abre permitindo a passagem do gás refrigerante no cilindro.
No compressor, o ressalto em rotação faz virar o anel descentralizado contra a parede do
cilindro e a barreira faz pressão contra o anel o que garante a pressão do gás que é aquecido à temperatura
superior a do ambiente.
Quando o êmbolo torna a subir, a válvula de admissão se fecha e a de escape se abre,
forçando o gás, a alta pressão, a passar para o condensador (serpentina), onde é comprimido e se liquefaz,
trocando calor com o meio externo e, assim, o gás diminui de temperatura. É devido a essa troca de calor com o meio que não
se recomenda embutir a geladeira em armários com pouca ventilação e nem colocar roupas para secar atrás do refrigerador.
Após liquefeito, o gás passa para a válvula de expansão onde sofre descompressão e se expande, chegando
ao congelador e daí volta ao compressor e o ciclo recomeça.
Para visualizar uma animação do funcionamento do compressor, CLIQUE na figura.
Onde se localizam as fontes quente e fria no refrigerador?
A fonte fria é a parte interna, junto à serpentina do congelador, e a
fonte quente é o ambiente externo. É o fluido refrigerante que retira o calor da fonte fria ao evaporar e o transfere
para a fonte quente.
O que realiza trabalho no refrigerador?
O compressor. Como não há trocas de
calor, o trabalho realizado pelo compressor equivale a variação de
energia interna da substância refrigerante. Esse trabalho provoca a
troca de calor do interior da geladeira (fonte fria) para o meio
ambiente
(fonte quente), ou seja, no sentido inverso ao espontâneo.
O funcionamento de um freezer é semelhante ao de uma geladeira comum?
O freezer funciona como o refrigerador, porém possui um evaporador que mantém a temperatura, no seu interior, próxima dos
-20oC,
possuindo um compressor mais potente e comprime uma maior quantidade de
substância refrigerante o que permite que o condensador troque maior
quantidade de calor com o meio ambiente.
Por que o congelador fica na parte superior da geladeira?
Pelo fato de que no interior do
refrigerador o ar quente sobe, se resfria na região do congelador e
torna a descer. Realizando o processo de troca de calor por convecção.
Site: http://www.if.ufrgs.br/~leila/refri.htm
Site: http://www.if.ufrgs.br/~leila/refri.htm
