Termodinâmica (3) - O refrigerador como máquina térmica (2)

Na primeira parte deste texto estudamos a composição do refrigerador doméstico e o ciclo de refrigeração dos gases que possuem elevado valor de calor latente de condensação e baixa temperatura de ebulição, além de não serem inflamáveis - características que os tornam ideais para o processo de refrigeração.

Agora, estudaremos a termodinâmica do ciclo de refrigeração.

A termodinâmica do ciclo

Podemos verificar, em cada ciclo que ocorre no refrigerador, que a quantidade de calor cedida para o meio ambiente através do condensador é igual à quantidade de calor retirada do interior da geladeira, mais o trabalho gerado pelo compressor.

Para acionar o compressor, gastamos energia elétrica, já que ele é ligado à rede elétrica de nossas residências (ou seja, transferimos energia de um sistema para outro - o que, em física, chamamos de "trabalho").

Q_condensador = Q_congelador + T_compressor

Como a compressão é efetuada de maneira extremamente rápida, podemos considerar que é uma compressão adiabática. Assim, no processo, a pressão e a temperatura do gás refrigerante se elevam.

No condensador, temos uma diminuição da temperatura do gás refrigerante, feita sob pressão constante, seguida de uma rápida diminuição isobárica e isotérmica do volume da condensação.

Na válvula, como já sabemos, a intenção é a de provocar uma descompressão adiabática, diminuindo a pressão e aumentando o volume do gás refrigerante. Por fim, no evaporador (congelador), o gás troca calor com o interior da geladeira, em pressão e temperatura constantes - o que faz com que ele se expanda conforme vai se vaporizando.

O ciclo pode ser descrito, graficamente, dessa forma:

Curiosidades:

1. Na geladeira, o evaporador é colocado na parte superior, para que seja possível a formação de correntes de convecção. Pelo mesmo motivo, condicionadores de ar domésticos devem ser instalados nas partes mais altas dos cômodos.

2. Quando você desliga o ar-condicionado de seu carro em um dia quente é possível ouvir um "assobio" sob o capô. Esse barulho é o som do líquido refrigerante sob alta pressão, ao fluir pela válvula de expansão.

3. O termostato é um dispositivo que controla a temperatura interna da geladeira, acionando (ligando) o compressor cada vez que a temperatura do interior aumenta muito. Depois, ao atingir a temperatura ideal, ele desliga automaticamente o motor do compressor. Você pode regular isso no botão interno que a geladeira tem.

4. Os novos refrigeradores, que podem ser ligados no carro, não usam gelo. Eles são ligados diretamente no acendedor de cigarros do automóvel. Esse tipo de aparelho não opera por meio de ciclos, mas, para produzir baixas temperaturas, depende de um processo conhecido como Efeito Peltier (ou efeito termelétrico).