Introdução
Em quase todas as cozinhas existe uma geladeira. De 15 em 15 minutos, aproximadamente, você escuta o motor ligando e é o que mantém os produtos resfriados. Sem a geladeira, teríamos que jogar fora todas as sobras de comida ao invés de guardar para uma outra refeição.
A geladeira é uma das grandes invenções da vida moderna. Até então, a única forma de conservar os alimentos era salgando-os, e bebidas geladas no verão eram um verdadeiro luxo.
Neste artigo, veremos como funciona o desempenho de sua geladeira. Veremos também sobre embalagens resfriadas, resfriadores eletrônicos e os refrigeradores de propano encontrados nas RVs.
O propósito da refrigeração
A razão fundamental para se possuir uma geladeira é manter a comida resfriada. Baixas temperaturas ajudam a manter a comida fresca por mais tempo.
A idéia básica por trás da refrigeração é diminuir a velocidade da atividade das bactérias (que existem em todos os alimentos) fazendo com que elas demorem mais para estragar os alimentos.
Por exemplo, uma bactéria irá estragar o leite em duas ou três horas se o leite for deixado na cozinha à temperatura ambiente. Porém, reduzindo a temperatura do leite, ele ficará fresco por uma ou duas semanas - a baixa temperatura dentro dos refrigeradores desacelera muito a atividade das bactérias. Ao resfriar o leite, você pode parar totalmente a atividade das bactérias, e o leite pode durar bem mais.
Refrigeração e congelamento são duas das formas mais comuns de preservar alimentos usadas hoje em dia. Para obter mais informações sobre outras formas de preservação de alimentos, veja Como funciona a preservação dos alimentos .
Partes de uma geladeira
A idéia básica por trás de uma geladeira é muito simples: ela usa a evaporação de um líquido para absorver calor. Você sabe que quando coloca água em sua pele, normalmente você sente um frescor. Quando a água evapora, ela absorve calor, criando esta sensação de frio. Esfregar álcool sempre dá uma sensação de ainda mais frio pois este evapora em menores temperaturas. O líquido usado em uma geladeira evapora a uma temperatura mais baixas, e assim ele pode criar temperaturas geladas dentro do refrigerador. Se você colocar o fluido refrigerante (líquido da geladeira) em sua pele ele irá congelá-la enquanto evapora.
Existem cinco partes básicas em qualquer geladeira:
Muitas instalações industriais usam amônia pura como refrigerante. Amônia pura evapora a -32º C (27º F).
Esse é praticamente um padrão - e um tanto insatisfatório - de explicação de como funciona uma geladeira. Então, vejamos vários exemplos para entendermos o que realmente acontece.
Entendendo a refrigeração
Para entender o que acontece dentro de uma geladeira, é preciso saber um pouco mais sobre fluidos refrigerantes. Aqui estão dois experimentos que ajudarão a entender o que acontece.
Experimentos Estes experimentos podem ajudá-lo a entender as propriedades dos fluidos refrigerantes e suas funções na refrigeração.
Experimento 1
Você necessitará de:
Experimento 2
Você necessitará de:
À medida que o forno esquenta, a temperatura da água irá subir até 100ºC, e então começará a ferver. A temperatura da água irá ficar em 100ºC mesmo que esteja completamente cercada por um ambiente que está a 204ºC. Se você deixar a água fervendo (e seu termômetro conseguir agüentar), quando a água terminar, a temperatura do termômetro chegará a 204ºC.
O segundo experimento é extremamente interessante se você pensar da seguinte forma: imagine uma criatura que viva muito feliz em um forno a 204ºC. Essa criatura acha que 204ºC é ótimo - a temperatura perfeita (assim como os humanos acham que 21ºC é ótimo). Se a criatura está em um forno a 204ºC, e se há um copo de água fervendo a 100ºC, o que esta criatura irá sentir a respeito da água? Ela irá sentir que esta água é realmente fria. Afinal, a água fervente é 104ºC mais fria do que os 204ºC que esta criatura acha confortável. Esta é a grande diferença.
Isto é exatamente o que acontece quando os humanos lidam com nitrogênio líquido. Nós sentimos que 21ºC é confortável. O nitrogênio líquido ferve a -195ºC. Então se você tem um pote de nitrogênio líquido em cima da mesa da sua cozinha, sua temperatura será de -195ºC, e irá evaporar - para você, é claro, será incrivelmente frio.
Isqueiros de butano Se você for a uma loja local e comprar um isqueiro a gás butano com um reservatório transparente (assim você pode ver o fluido lá dentro), o que você vê é gás butano guardado dentro de um recipiente de alta pressão. O butano ferve a -0,62ºC à pressão atmosférica normal (14,7PSI). Mantendo o gás butano pressurizado dentro de um recipiente, o líquido fica à temperatura ambiente. Se você pega um copo de butano e coloca no balcão da sua cozinha, ele irá ferver, e a temperatura do líquido fervente será de -0,62ºC.
A propósito, o ponto de ebulição do butano também explica porque os isqueiros de butano não funcionam bem em dias frios. Se estiver a cerca -12ºC do lado de fora, o butano estará abaixo do ponto de ebulição, de modo que não poderá evaporar. Manter o isqueiro quente dentro de seu bolso é o que permite que ele funcione no inverno.
Geladeiras modernas usam um ciclo de regeneração para reutilizar o mesmo fluido refrigerante repetidamente. Você pode ter uma idéia de como isto funciona imaginando novamente nossa criatura e seu copo de água. Ele pode criar um ciclo de renovação seguindo os seguintes passos:
Repetindo estas quatro etapas, a criatura agora tem uma forma de reutilizar a mesma água repetidamente para gerar refrigeração.
Agora vejamos como essas quatro etapas se aplicam a nossa geladeira.
O ciclo de refrigeração
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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).
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:
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.
Como funciona um refrigerador frost-free?
Se você tem um refrigerador velho ou um refrigerador tipo frigobar, você sabe tudo sobre o gelo que se forma em volta das serpentinas que resfriam o freezer. Se você deixar crescer bastante, o gelo pode chegar a uma espessura de 15 cm e, conseqüentemente, não haverá espaço para colocar mais nada no congelador.
Este gelo se forma quando o vapor de água bate nas serpentinas geladas. O vapor de água condensa - passa do estado de vapor para o estado líquido. Pense nas gotas de água em um copo de chá gelado em um dia de verão - este é um exemplo de vapor de água condensado. A mesma coisa acontece nas serpentinas geladas do congelador, exceto que, quando a água condensa nas serpentinas, ela imediatamente congela.
Um congelador frost-free tem três partes básicas:
Descongelar as serpentinas a cada seis horas consome energia e altera os alimentos no congelador devido às mudanças de temperatura. Já a maioria dos freezers horizontais exige descongelamento manual - o alimento dura mais tempo e o freezer consome menos energia.
Fonte: www.howstuffworks.com
