Refrigeradores Programa de Mestrado Profissiona
\ Máquinas Térmicas \ Bombas de Calor \ Refrigeradores
Uma das aplicações mais diretas que a termodinâmica nos fornece é um bem utilitário que muitas vezes passa despercebido no nosso dia-a-dia. Esse bem móvel envolve uma série de princípios termodinâmicos importantes no seu funcionamento bem como a prática de conceitos que muitas vezes se estabelecem às pessoas como conceitos sem aplicação, daqueles em que se pergunta: onde vou usar isso? Você já parou para pensar como funciona um refrigerador? De fato refletir mais sobre os princípios que o envolvem do que simplesmente o "colocar na tomada para funcionar" pode trazer um grande acréscimo ao conhecimento pessoal. Você já parou para pensar como seriam os dias atuais sem a disponibilidade do uso do refrigerador?
O refrigerador pode ser considerado uma máquina térmica operando em sentido inverso.
Uma máquina térmica recebe calor de um reservatório quente, converte parte desse calor em trabalho mecânico e rejeita a diferença sob forma de calor para um reservatório frio. O refrigerador, entretanto, recebe o calor de um reservatório frio, o compressor fornece trabalho mecânico ao refrigerador e o calor é rejeitado para o reservatório quente.
No caso do refrigerador doméstico, os alimentos estão contidos no reservatório frio, o trabalho é realizado por um motor elétrico (compressor) e o reservatório quente é o ambiente em que o refrigerador se encontra, a cozinha.
Para entendermos como funciona um refrigerador é necessário entender que ele é composto por dois componentes básicos: ambiente refrigerado (carcaça da geladeira) e o sistema de refrigeração.
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O ambiente isolado é composto por um conjunto de paredes duplas (chapa metálica no lado externo e plástico no lado interno) isoladas termicamente do meio externo. Esse isolamento pode ser feito de duas formas distintas através de lã de vidro, ou ainda, uma espuma injetada de poliueretano. Esses elementos tem baixa condutibilidade térmica, o que dificulta a troca de energia com o meio externo, e facilita a manutenção da temperatura.
O segundo componente é o sistema de refrigeração. Este é composto por um conjunto de tubos metálicos (cobre ou ferro), que interligam o compressor, o condensador, o evaporador e o capilar, assim como o controle de temperatura (termostato).
Um dos principais componentes da geladeira é o fluído que circula no interior do refrigerador denominado de fluído refrigerante. Sua composição é baseada nos elementos flúor, carbono e hidrogênio, entre outras substâncias. Dentre as suas qualidades pode-se citar que ele atinge temperaturas bem baixas percorrendo o sistema na forma líquida ou gasosa. Esse gás é conhecido no ramo como monoclorodifluorometano, um gás da família dos famosos CFC's.
O gás sofre um aumento na pressão quando passa pelo compressor. Nesse estágio ele é forçado a passar por uma longa serpentina onde ele troca calor com o ambiente e diminui sua temperatura. Conforme o gás resfria ele passa a assumir a forma líquida. Ele entra a uma temperatura bastante alta e na metade do condensador ele já está só 10oC acima da temperatura ambiente.
Depois de passar pelo condensador, o gás a uma temperatura mais baixa, passa por um elemento filtrante que tem o objetivo de bloquear a passagem de impurezas que possam estar contidas no gás. Depois deste o gás entra por um fino tubo, denominado capilar, onde aumenta consideravelmente sua pressão, se liquefazendo. Ao término deste o gás passa por um tipo de válvula de expansão, onde aumenta seu volume e diminui sua temperatura rapidamente. Nesse estágio o gás entra no evaporador. O evaporador é a peça do refrigerador que chamamos no cotidiano de "congelador" ou "placa de resfriamento". Aqui o gás recebe energia térmica oriunda do interior do refrigerador onde novamente aumenta sua temperatura. Na saída do evaporador ele passa por outro elemento filtrante dando condições para ser readmitido pelo compressor a fim de restabelecer o ciclo.
A temperatura interna, dada pela repetição dos ciclos anteriores é controlada por um termostato. Este é um dispositivo capaz de regular a temperatura interna do refrigerador a fim de que não se torne muito baixa e tampouco alta a comprometer os alimentos. Quando o ambiente interno ao refrigerador atinge a temperatura desejada, o termostato desliga o compressor dando fim ao ciclo. Ao subir a temperatura interna novamente o termostato aciona o compressor a fim de restabelecer o ciclo frigorígeno.