Como funcionam os Refrigeradores

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Como funcionam os Refrigeradores

  1. 1. COMO FUNCIONAM OS REFRIGERADORES?Há evidências de que os seres humanos, desde os primórdios, notaram que o simples resfriamentode alimentos era capaz de conservá-los por um tempo maior. Muito provavelmente, asapropriações de territórios foram responsáveis pela disseminação deste conhecimento àscivilizações.No entanto, somente no século XIX é que Jacob Perkins, um inventor inglês, desenvolveu umcompressor capaz de solidificar a água, produzindo gelo artificialmente. E, obviamente, estadescoberta possibilitou que algumas indústrias, como as cervejarias, por exemplo, prosperassem.Além disso, o ramo comercial também foi bastante favorecido, uma vez que tornou-se possívelenviar os produtos para vários países distantes.Já no início do século XX, Willis Carrier, americano, instalou em uma gráfica de Nova York oprimeiro aparelho de ar-condicionado, o qual era capaz de controlar a umidade do ambiente e deresfriá-lo.Os primeiros refrigeradores domésticos (mais conhecidos como geladeiras) surgiram, nos EstadosUnidos, no início da década de 1920, tornando-se populares muito rapidamente. Hoje em dia, noBrasil, estima-se que um percentual superior a 80% das residências tenham uma geladeira.ComponentesBasicamente, uma geladeira é composta dos seguintes elementos: Fluido refrigerante: o qual deve possuir baixa pressão de vaporização e alta pressão de condensação, como é o caso do freon - fluido mais utilizado para refrigeração. Compressor: funciona como uma bomba de sucção que retira o fluido do ramo da tubulação que o antecede (reduzindo a pressão) e injeta este fluido no ramo da tubulação que o sucede (aumentando a pressão). Condensador: trata-se de uma serpentina externa, localizada na parte de trás da geladeira, na qual o vapor se liquefaz, e que é responsável por liberar calor para o ambiente. Tubo capilar: é responsável por diminuir a pressão do vapor do fluido. Evaporador: é composto por um tubo em forma de serpentina acoplado ao congelador. Para passar ao estado gasoso, o fluido absorve energia na forma de calor do congelador e, ao abandonar o evaporador, chega ao compressor, recomeçando o ciclo. Congelador: localiza-se na parte superior do refrigerador para facilitar a formação de correntes de convecção internas, permitindo a mistura do ar à baixa temperatura do congelador e de sua vizinhança com o ar à temperatura mais elevada das outras partes.Funcionamento
  2. 2. A pressão do ar no interior do refrigerador é uniforme e, em virtude disso, o ar do congelador edos arredores, que está a temperaturas mais baixas, é mais denso que o ar das outras partes.Assim, o fato desta massa de ar ser mais densa faz que ela desça, empurrando o ar das outraspartes para cima.Além disso, não é à toa que as prateleiras das geladeiras são confeccionadas na forma de grade:isso é feito com o intuito de facilitar as correntes de convecção.No interior do refrigerador há um botão que permite regular a temperatura na qual se deseja queo sistema opere. Um termostato é responsável por interromper o circuito de alimentação do motorque faz funcionar o compressor, quando a temperatura na qual o sistema foi programado paraoperar é atingida.Uma vez desligado o circuito, a temperatura do interior do refrigerador passa a aumentar, porefeito da absorção de energia na forma de calor do ambiente. A partir de um certo valor detemperatura, o termostato reconecta o circuito elétrico de alimentação do motor e um novo ciclode refrigeração se inicia. Desta forma, o termostato permite manter uma temperaturapraticamente constante no interior do refrigerador.Na ótica da termodinâmica, um refrigerador é uma máquina térmica que opera em ciclos. Agora,nos concentraremos nas transformações termodinâmicas que ocorrem durante o funcionamentodos refrigeradores.Processos termodinâmicosEm poucas palavras, o funcionamento das populares geladeiras baseia-se em um processo detransferência de calor de uma fonte fria para uma fonte quente. No entanto, este processo não éespontâneo: faz-se necessária uma quantidade de energia externa, que ocorre na forma detrabalho, para que esta transferência seja possível. Só para explicitar, a fonte fria é o congelador ea fonte quente é o condensador (também chamado de radiador).Analisaremos, a partir de agora, os ciclos termodinâmicos que ocorrem durante o funcionamentode um refrigerador. Para isso, consideremos a figura abaixo.Este gráfico representa o ciclo envolvido por meio de um diagrama PV, dividido em cincoprocessos. Obviamente, trata-se da idealização dos ciclos, uma vez que não são previstas, porexemplo, possíveis perdas de energia.Vamos analisar o que ocorre em cada uma das etapas do ciclo.* 1 - 2: compressão adiabáticaAo aumentar a pressão do fluido, o compressor faz o volume reduzir. Uma vez que este processoocorre muito rapidamente, de forma que as perdas de energia são ínfimas, podemos considerá-locomo um processo adiabático. O trabalho que o compressor realiza é responsável pelo aumento daenergia interna do fluido e, consequentemente, pela elevação de sua temperatura.* 2 - 3: resfriamento isobáricoO fluido começa a perder energia sob a forma de calor e, como o compressor mantém alta econstante a pressão deste, o volume e a temperatura diminuem.* 3 - 4: condensação Ainda no condensador e sob alta pressão, o fluido perde mais um pouco de energia sob a formade calor. Por conta disso, o volume e a temperatura do fluido diminuem ainda mais e ele passa doestado gasoso para o líquido. É importante ressaltar que, até aqui, o fluido se encontrava noestado gasoso.
  3. 3. * 4 - 5: expansão adiabáticaSob alta pressão, o fluido atravessa o tubo capilar e, na saída do tubo, ele se expande. Visto queesta expansão ocorre muito depressa, de forma que o fluido troca uma pequena quantidade deenergia (sob forma de calor) com a vizinhança, podemos considerar o processo como adiabático.Entretanto, a pressão e a temperatura do fluido diminuem, e parte dele se vaporiza. Assim, nasaída do tubo, o fluido se apresenta como gotículas de líquido suspensas em vapor à baixapressão. Nota: a baixa pressão do tubo capilar é um efeito do funcionamento do compressor, oqual retira fluido no estado gasoso desta parte do circuito para comprimi-lo no condensador.* 5 - 1: vaporização isobáricaNo evaporador, sob pressão baixa e constante, as gotículas restantes são vaporizadas, absorvendoenergia (na forma de calor) do congelador. Ao sair do evaporador, o fluido está totalmente noestado gasoso e à pressão baixa, encaminhando-se para o compressor e repetindo o ciclo.

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