Termodinâmica (2) - O refrigerador como máquina térmica (1)

A termodinâmica é uma área da física que estuda as leis que regem as relações entre as diferentes formas de energia e a transformação de um tipo de energia em outro. A termodinâmica causou importantes impactos no avanço da tecnologia e, portanto, no desenvolvimento da civilização. As máquinas térmicas impulsionaram, por exemplo, a Revolução Industrial.

Hoje, muitas máquinas que fazem parte do nosso dia-a-dia operam segundo princípios termodinâmicos (automóvel, geladeira, caldeira, freezer, ar-condicionado, etc.).

Estudaremos a seguir o funcionamento dos refrigeradores - ou geladeiras -, que podem ser considerados como um tipo de máquina térmica, pois há vários princípios físicos em uma máquina que utiliza a vaporização de uma substância (no caso, o gás refrigerante) para retirar calor dos seus compartimentos. Ou seja, para diminuir sua temperatura interna.

Os primeiros refrigeradores, semelhantes aos que temos hoje, surgiram na década de 1850, mas foi só no início do século 20 que eles começaram a ser adquiridos pelas famílias, para uso doméstico.

O refrigerador foi uma invenção importante, pois, antigamente, o armazenamento e o transporte de alimentos perecíveis eram muito difíceis, exatamente pelo fato de não existir uma máquina que provocasse o resfriamento das substâncias e, também, mantivesse as temperaturas baixas. Nos dias atuais, podemos, por exemplo, conservar leite, carne, peixe, iogurte e frutas por um bom tempo, sem nenhum problema, obtendo uma maior durabilidade dos produtos.

O refrigerador doméstico e o ciclo de refrigeração

A geladeira funciona em ciclos, usando um gás refrigerante num circuito fechado. Assim, o gás circula permanentemente, sem perdas, a não ser que haja um vazamento no aparelho.

Antigamente, as geladeiras usavam o gás freon 12 (clorofluorcarbono), que é um gás apropriado para essa tarefa: tem elevado valor de calor latente de condensação e baixa temperatura de ebulição, além de não ser inflamável. Mas esse gás foi identificado como um dos que agridem a camada de ozônio. Desde então, os fabricantes vêm substituindo, gradativamente, o freon 12 por outros gases, com propriedades semelhantes e inofensivos para a camada de ozônio - como o HFC-134A.

As partes principais de uma geladeira doméstica são: compressor, condensador, válvula descompressora e evaporador. O compressor é movido por um motor elétrico (por isso você liga a geladeira na tomada). Ele tem a função de aumentar a pressão e a temperatura do gás refrigerante, fazendo-o circular pela tubulação interna do aparelho.

Quando o gás passa pelo condensador, perde calor para o meio externo, liquefazendo-se - ou seja, tornando-se líquido. Ao sair do condensador, um estreitamento da tubulação (tubo capilar) provoca uma diminuição da pressão. Assim, o elemento refrigerante, agora líquido e sob baixa pressão, chega à serpentina do evaporador (que tem diâmetro maior que o tubo capilar), se vaporiza e, assim, retira calor da região interna da geladeira.

É importante notar que o evaporador está instalado na parte superior (congelador) da geladeira. A partir desse ponto, o ciclo se reinicia e o gás refrigerante é puxado outra vez para o compressor.

Na segunda parte do texto - O refrigerador como máquina térmica - 2 -estudaremos a termodinâmica desses ciclos.