BOMBAS DE CALOR

     Juquinha era um cara muito esperto e num belo dia de verão ele estava sentado na cozinha sofrendo com a alta temperatura. Ao sentir sede ele, abre a geladeira e, toma um copo de água bem gelada. Instantaneamente após esse fato ele tem uma mega idéia para acabar com seu sofrimento: "A geladeira resfria o interior dela. Aqui fora está muito quente. Vou me refrescar abrindo a porta da geladeira e deixando que ela resfrie o ambiente! Eureka!". Todos utilizamos a geladeira de casa para resfriar os alimentos. Será que o refrigerador, quando deixado de porta aberta, baixaria a temperatura ambiente?

     O calor é transferido naturalmente de um corpo de temperatura mais alta para outro de temperatura mais baixa. Um exemplo disso é o Sol (temperatura alta) que transfere energia térmica para a Terra (temperatura baixa). O contrário não existe naturalmente: a Terra jamais aumentaria a temperatura do Sol transferindo energia térmica para ele.

     Um dispositivo que transfere energia térmica de um local frio para um local quente é chamado de bomba de calor. Essa energia extraída de um reservatório de baixa temperatura é transferida para um ambiente de alta temperatura mediante a uma energia gasta sobre o sistema, esta que denominamos trabalho, de um agente externo.

     Em seu refrigerador doméstico, o reservatório de baixa temperatura nada mais é que o interior do refrigerador onde os alimentos são acondicionados. O trabalho que aparece de forma explícita na energia elétrica utilizada pelo motor do refrigerador é o trabalho realizado por ele. Na verdade ele converte energia elétrica em energia mecânica que é utilizada retirar essa energia térmica do interior do refrigerador. Por quê? Quanto menor a energia térmica, menor será a temperatura do ambiente condicionado.  Essa energia térmica retirada é cedida ao ambiente externo como sua cozinha, por exemplo.

     Em um condicionador de ar, o reservatório de baixa temperatura é o local a ser condicionado, como por exemplo o seu quarto ou sua sala que deverão ser esfriados. O reservatório quente é o ar externo à sua casa, onde o sistema cede a energia térmica retirada do reservatório de baixa temperatura.

     Esses equipamentos são projetados para os usuários que pagam a tarifa elétrica tenham o maior rendimento possível. O rendimento é calculado a partir de uma razão entre a quantidade de energia retirada do ambiente frio e do trabalho realizado para isso.

     Matematicamente podemos determinar esse rendimento através da equação que segue:

     Aqui o rendimento h é a razão Q_c (quantidade de energia térmica da fonte fria) por W (trabalho realizado). Para os refrigeradores típicos (geladeiras e freezers) é em torno de 5 enquanto os valores 2 e 3 são mais comuns para os condicionadores de ar.

     O problema do Juquinha parece estar solucionado: mesmo que o refrigerador diminua a temperatura ambiente, essa energia que foi retirada da fonte fria (congelador) será transferida para a fonte quente (serpentina externa) o que acarreta um aumento na temperatura do ambiente mais a energia térmica oriunda do trabalho desenvolvido pela geladeira. Assim, não tem jeito: a geladeira esquenta mais o ambiente do que ela consegue resfriar com a porta aberta!

       Conheça mais detalhadamente os refrigeradores e condicionadores de ar.

• GASPAR, A. Física. São Paulo, v.2, Ática, 2002.
• MÁXIMO, A.; ALVARENGA, B. Física de olho no mundo do trabalho. São Paulo, Scipione, 2003.