O ciclo de refrigeração

Autor: 
Marshall Brain

A geladeira em sua cozinha usa um ciclo que é similar ao descrito na seção acima. Porém, nela o ciclo é contínuo. No exemplo a seguir, assumiremos que o refrigerante usado é amônia pura, que ferve a -32ºC. Isto é o que acontece para manter a geladeira fria:



  1. compressor comprime o gás de amônia. O gás comprimido esquenta quando é pressurizado (laranja).
  2. As serpentinas na parte traseira deixam que o gás de amônia quente dissipe seu calor. O gás de amônia se condensa em amônia líquida (azul escuro) a alta pressão.
  3. A amônia líquida a alta pressão flui através da válvula de expansão.

    Você pode pensar que a válvula de expansão é um pequeno buraco. Em um lado do buraco está a amônia líquida a alta pressão. O outro lado do buraco é uma área de baixa pressão (pois o compressor está sugando o gás desse lado).

  4. A amônia líquida imediatamente ferve e evapora (azul claro) e sua temperatura cai para -32ºC. Isto faz com que a parte interna fique fria.
  5. Este gás de amônia frio é sugado por um compressor, e o ciclo se repete.

A propósito, se você já desligou seu carro em um dia quente quando estava com o ar condicionado ligado, deve ter ouvido um assobio sob o capô. Este barulho é o som do líquido refrigerante a alta pressão que flui pela válvula de expansão.

O gás de amônia puro é muito tóxico para as pessoas e corre risco de vazar do refrigerador, de modo que os refrigeradores domésticos não devem usar amônia pura. Você já deve ter ouvido falar de refrigerantes conhecidos como CFCs (clorofluorocarbonetos), originalmente desenvolvidos pela Du Pont nos anos 30 como um substituto não tóxico para a amônia. O CFC-12 (diclorodifluorometano) tem aproximadamente o mesmo ponto de ebulição da amônia. Porém, o CFC-12 não é tóxico para seres humanos, de modo que é seguro para ser usado em sua cozinha. Muitos refrigeradores industriais grandes ainda usam amônia.

Nos anos 70 descobriu-se que os gases CFC em uso eram prejudiciais à camada de ozônio, de modo que nos anos 90, todos os novos refrigeradores e ar condicionados passaram a usar refrigerantes menos prejudiciais à camada de ozônio.

Refrigeradores a gás e propano
Se você tem um trailler ou usa uma geladeira onde a energia elétrica não é disponível, provavelmente a sua geladeira é movida a gás ou propano. Esses refrigeradores são interessantes pois não têm partes móveis e usam gás ou propano como sua fonte primária de energia. Além disso, usam calor em forma de chama de propano, para produzir o frio dentro do refrigerador.

Uma geladeira a gás usa amônia como meio de resfriamento, e este usa água, amônia e gás de hidrogênio para criar um ciclo contínuo para a amônia. O refrigerador tem cinco partes principais:

  • gerador: gerando gás de amônia
  • separador: separando o gás de amônia da água
  • condensador: onde o gás de amônia quente é gelado e condensado para criar amônia líquida
  • vaporizador: onde a amônia líquida evapora para criar baixas temperaturas dentro da geladeira 
  • absorvedor: que absorve a gás de amônia na água

O ciclo trabalha desta forma:

  1. O calor é aplicado ao gerador. O calor vem de uma fonte como gás, propano ou querosene.
  2. No gerador está a solução de amônia e água. O calor eleva a temperatura da solução até o ponto de ebulição da amônia.
  3. A solução em ebulição flui para o separador. No separador, a água é separada do gás de amônia.
  4. O gás de amônia sobe para o condensador. O condensador é composto por serpentinas de metal e aletas que permitem que o gás de amônia dissipe o calor e se condense como líquido.
  5. A amônia líquida vai para o evaporador, onde se mistura ao gás de hidrogênio e evapora, produzindo baixas temperaturas.
  6. Os gases de amônia e hidrogênio correm para o absorvente. Aqui, a água que foi coletada no separador é misturada com os gases de amônia e hidrogênio.
  7. A amônia forma uma solução com a água e o hidrogênio é liberado, fluindo novamente para o evaporador. A solução de amônia e água corre em direção ao gerador para repetir o ciclo.

Este site (em inglês) oferece uma descrição extremamente detalhada do processo.

Geladeiras elétricas
Você já deve ter visto que os novos resfriadores de seu carro não usam gelo, ao invés disto, eles são ligados no acendedor de cigarros de seu carro. Estes resfriadores dependem de um processo conhecido como efeito Peltier, ou efeito termoelétrico, para produzir baixas temperaturas eletronicamente.

Você pode criar o efeito Peltier com uma bateria, duas peças de fio de cobre e uma peça de bismuto ou fio de ferro. Apenas conecte os fios de cobre aos dois pólos de uma bateria, e então conecte o bismuto ou fio de ferro entre as duas peças de fio de cobre. O bismuto/ferro e cobre devem se tocar - e é esta junção que causa o efeito Peltier.

A junção onde a corrente flui do cobre para o bismuto esquenta, e a junção onde a corrente flui do bismuto para o cobre irá ficar fria. A temperatura máxima cai de cerca de 4ºC em relação à temperatura ambiente onde a junção quente está localizada.

Para criar um resfriador Peltier, a junção quente é colocada na parte de fora da geladeira e a junção fria é colocada na parte de dentro. Normalmente, você cria um módulo contendo muitas junções para amplificar este efeito. Veja os detalhes sobre o efeito Peltier nos links no final deste artigo.

Embalagens resfriadas
Falando sobre refrigeração e resfriamento, você já deve ter usado uma destas "embalagens de resfriamento instantâneo" que parecem um saco plástico cheio de líquido. Você o aperta, sacode e ele fica extremamente frio. O que acontece aqui?

O líquido dentro da embalagem resfriada é água. Na água no outro saco plástico ou tubo contém o fertilizante nitrato de amônia. Quando você aperta a embalagem resfriada, esse ato quebra o tubo fazendo com que a água se misture com o fertilizante. A mistura cria uma reação endotérmica - que absorve calor. A temperatura da solução cai para cerca de 1ºC dentro de 10 a 15 minutos.

Para obter mais informações sobre refrigeração e tópicos relacionados, confira os links da próxima página.