Os sistemas de refrigeração provocam o resfriamento de interiores, como ar condicionados, refrigeradores e freezers. Os objetivos principais da refrigeração são armazenamento de alimentos a baixas temperaturas para evitar ação de bactérias e o surgimento bolor ou fermentação e manter uma temperatura estável em ambientes ou em equipamentos eletrônicos.

O resfriamento ocorre através do processo de trocas de calor.

O refrigerador é uma máquina térmica em que a troca do calor se dá do sistema mais frio (interior da geladeira) para o sistema mais quente (meio externo).

Mas isso não viola a Segunda Lei da termodinâmica que diz que a transferência de calor é sempre do sistema mais quente para o mais frio?

Violaria se esse processo fosse espontâneo como preconiza a Segunda Lei, mas para que as geladeiras funcionem dessa forma, é necessário um fornecimento externo de energia que ocorre através de um compressor que realiza trabalho mecânico sobre uma substância refrigerante, tornando possível o sentido inverso da troca de calor.

O primeiro refrigerador utilizável foi contruído pelo engenheiro americano Jacob Perkins, em 1834, e utilizava como substância refrigerante o dióxido sulfúrico que ferve e se condensa a temperaturas abaixo de zero.

Hoje a escolha da substância depende da finalidade do refrigerador e do impacto ambiental. Nas geladeiras domésticas, a substância utilizada é o freon que, a baixa pressão se vaporiza e a alta pressão se condensa. Para essas mudanças de pressão utiliza-se um compressor e uma válvula descompressora, porém, o freon é uma substância que agride a camada de ozônio e está sendo substituído por outras substâncias, como o CFC (clorofluorcarbono) ou HCFC (hidroclorofluorcarbono).

Basicamente, uma geladeira é constituída por um compressor, um condensador, uma válvula e um congelador dispostos como na figura.

Como funciona um refrigerador?

É uma máquina térmica que opera em ciclos semelhante aos motores de combustão interna.

O ciclo começa no compressor (a figura mostra um modelo de compressor), que é acionado por um motor elétrico. A função do compressor é de aumentar a pressão o suficiente para que liquefaça em temperaturas próximas da temperatura ambiente.

Quando o êmbolo do cilindro desce, a válvula de admissão se abre permitindo a passagem do gás refrigerante no cilindro.

No compressor, o ressalto em rotação faz virar o anel descentralizado contra a parede do cilindro e a barreira faz pressão contra o anel o que garante a pressão do gás que é aquecido à temperatura superior a do ambiente.

Quando o êmbolo torna a subir, a válvula de admissão se fecha e a de escape se abre, forçando o gás, a alta pressão, a passar para o condensador (serpentina), onde é comprimido e se liquefaz, trocando calor com o meio externo e, assim, o gás diminui de temperatura. É devido a essa troca de calor com o meio que não se recomenda embutir a geladeira em armários com pouca ventilação e nem colocar roupas para secar atrás do refrigerador.

Após liquefeito, o gás passa para a válvula de expansão onde sofre descompressão e se expande, chegando ao congelador e daí volta ao compressor e o ciclo recomeça.

Para visualizar uma animação do funcionamento do compressor, CLIQUE na figura.

Onde se localizam as fontes quente e fria no refrigerador?

A fonte fria é a parte interna, junto à serpentina do congelador, e a fonte quente é o ambiente externo. É o fluido refrigerante que retira o calor da fonte fria ao evaporar e o transfere para a fonte quente.

O que realiza trabalho no refrigerador?

O compressor. Como não há trocas de calor, o trabalho realizado pelo compressor equivale a variação de energia interna da substância refrigerante. Esse trabalho provoca a troca de calor do interior da geladeira (fonte fria) para o meio ambiente (fonte quente), ou seja, no sentido inverso ao espontâneo.

O funcionamento de um freezer é semelhante ao de uma geladeira comum?

O freezer funciona como o refrigerador, porém possui um evaporador que mantém a temperatura, no seu interior, próxima dos -20^oC, possuindo um compressor mais potente e comprime uma maior quantidade de substância refrigerante o que permite que o condensador troque maior quantidade de calor com o meio ambiente.

Por que o congelador fica na parte superior da geladeira?

Pelo fato de que no interior do refrigerador o ar quente sobe, se resfria na região do congelador e torna a descer. Realizando o processo de troca de calor por convecção.