Refrigeração doméstica – Geladeira (sistema isolado)

   A refrigeração é o processo termodinâmico em que o calor é retirado de um sistema isolado (não troca massa e nem energia) para o ambiente, através de um fluido denominado refrigerante. 

   Com a descoberta das propriedades criogênicas dos gases pelo homem no século XVIII, muitas pesquisas foram realizadas. Uma delas partiu da necessidade que as pessoas tinham de manter seus alimentos conservados, degustar bebidas geladas, com intuito de obter tudo o que a refrigeração pode proporcionar ao invés de utilizar a neve como refrigerador. 

   No ano de 1748, Wiliam Cullen demonstrou que era possível extrair o calor presente em um ambiente através das propriedades dos gases, porém não foi muito longe. Um inventor chamado Jacob Perkins em 1834 construiu a primeira máquina de refrigeração, que foi chamada de geladeira em virtude do nome desta máquina ter sido usado pela primeira vez, pelo engenheiro Thomas Moore. 

Figura 1: Sistema de uma geladeira.

   A figura 1 mostra o sistema de uma geladeira que tem o congelador em seu interior. Por todo o circuito, passa um fluído refrigerante, responsável pela “produção de frio”. 

   A temperatura ao longo de todo o circuito não é constante. Tem-se uma região em que o fluído está submetido a altas pressões e, portanto tem uma maior temperatura. Na outra região em que ele está submetido à baixa pressão, possui uma menor temperatura. 

   As partes básicas de um refrigerador e suas respectivas funções são: 

• Evaporador: local onde o fluído na fase líquida passa para o estado gasoso sob baixa pressão. É no evaporador que o fluído recebe calor dos alimentos colocados no interior da geladeira, retirando calor da parte interna, logo, é onde a "produção de frio" ocorre; 

• Compressor: é responsável pela elevação da pressão até 10 atmosferas (atm); 

• Condensador: faz com que o gás passe para o estado líquido ainda sob alta pressão, então o líquido passa para o tubo capilar; 
• Tubo capilar: transporta o fluído na fase líquida até a válvula de expansão; 
• Válvula de expansão: ao sair dele terá sua pressão e temperatura diminuídas alcançando valores próximos de 1,6 atmosferas e -19 ºC, nesta situação passa para o evaporador, reiniciando o ciclo. 

   Para que todo este processo descrito ocorra de forma adequada, o fluído utilizado no sistema deve ser de boa qualidade e atender a algumas características, já que que fluídos refrigerantes de baixa qualidade e de composição adulterada apresentam comportamento termodinâmico totalmente aleatório, impossíveis de se prever e não apresentam o comportamento esperado pelo projeto do equipamento. 

   Um bom fluído deve ter elevado calor latente de vaporização, ser quimicamente estável, ter baixo calor específico no estado líquido, ser ambientalmente seguro, além de não ser tóxico, corrosivo, inflamável, explosivo e não reagir quimicamente com o óleo lubrificante. 

  No início do século XX, os gases refrigerantes mais utilizados eram a amônia (R-717), o clorometano (R-40) e o dióxido de enxofre (R-764). Mas, devido a uma série de acidentes que causaram sérias consequências uma alternativa foi descoberta pela Frigidaire em 1928: chamado genericamente de freon (ou CFC de clorofluorocarbonetos), são substâncias gasosas compostas de carbono, flúor, hidrogênio e outro halogênio, geralmente o cloro, com excelentes características químicas e físico-químicas. 

   Devido aos possíveis impactos ambientais foram assinados acordos mundiais para diminuir drasticamente a emissão de CFC na atmosfera. A solução foi substituir o cloro por flúor tornando a molécula mais estável e restringir seu uso aos refrigeradores de ciclo fechado. Atualmente, vários polifluoridrocarbonetos, ou HFC, são utilizados em substituição aos CFC. Um dos mais comuns é o R134a, se tratando do 1,1,1,2-tetrafluoroetano.

Autores: Laisy Meurer Perin e Roneilson Pereira da Silva.

Referências: 

Fundamentos da Termodinâmica 6ª edição. Autores: Sonntag, Borgnakke, van Wylen.

Termodinâmica Amistosa para Engenheiros - Octave Levenspiel-ed – 1ª. Edgard Blucher, ano 2002. 

https://www.google.com.br/search?q=figura+esquema+de+uma+geladeira&tbm=isch&source=iu&ictx=1&fir=S7I--oj80QMttM%253A%252ChVQ_YudD6yi3XM%252C_&usg=AFrqEzeBMPKDG6sUs54PrrWF2nt0MmGpyg&sa=X&ved=2ahUKEwj95_mykrbdAhWJlJAKHWFpCNoQ9QEwAnoECAMQCA#imgrc=_ 

http://www.omundodaquimica.com.br/curiosidade/geladeira, acessado em 16 de setembro de 2018

http://www.ambientegelado.com.br/v51/index.php/artigos-tecnicos/fluidos-refrigerantes/tipos-de-fluidos/371-comportamento-dos-fluidos-refrigerantes-em-um-sistema-de-refrigeracao