Considere dois corpos de temperaturas diferentes, uma alta TQ e

O Ciclo de Refrigeração
Objeto de Aprendizagem: Geladeiras ou Refrigeradores
NOA UFPB
Considere dois corpos de temperaturas diferentes, uma alta TQ e uma baixa TF
e vamos analisar sob o ponto de vista da 1a e 2a leis da termodinâmica, uma situação
pouco estranha: a energia térmica é transferida (calor) do corpo de menor temperatura
(de modo a se obter ou manter uma temperatura mais baixa) para o corpo de maior
temperatura (que eleva ou mantém sua temperatura constante). Seria isto possível?
Do ponto de vista da 1a lei da Termodinâmica nada privilegia um sentido para a
transferência de energia, trata-se de um balanço energético, que conduz a um mesmo
resultado em ambos os sentidos que se efetiva o processo. Portanto, tal processo é
provável de acontecer.
Ao se analisar à luz da 2a lei da termodinâmica ressaltamos que a mesma se
baseia numa observação comum: a irreversibilidade dos processos naturais. Destacando
que espontaneamente o calor se transfere de forma única dos corpos de maior
temperatura para os de menor temperatura. Como conseqüência direta imediata desta lei,
para se inverter a tendência natural destes processos é necessário um trabalho externo
extra sobre o sistema. O qual condicione o suprimento de energia necessário para
inverter a ordem do processo espontâneo. Assim, em termos operacionais, através de um
processo planejado, isto também é possível.
Desta forma, podemos imaginar um ciclo termodinâmico (ciclo de refrigeração)
em que o resultado final seria a absorção de calor à temperatura mais baixa, a rejeição de
uma quantidade maior de calor a uma temperatura mais elevada com a realização de uma
quantidade líquida de trabalho externo sobre o sistema. Assim uma geladeira funciona
transferindo calor do interior da geladeira para o meio ambiente. Sabemos que esse
processo não é espontâneo contrariando o curso natural de transferência de calor.
Dentro da geladeira o calor é transmitido de forma natural, dos corpos mais
quentes (alimentos) para o congelador através da circulação de ar dentro da geladeira.
Da mesma forma do lado de fora temos a grade que está a uma temperatura superior ao
ambiente transferindo calor para o mesmo. No entanto a transferência do congelado para
a grade não é espontânea necessitando de um fluido de operação que no nosso caso
vamos exemplificar com o freon.
A temperatura de mudança de estado do freon varia de acordo com a pressão a
qual esta submetido. Para haver essa mudança de pressão é utilizado o compressor e
uma válvula descompressora, que nada mais é que um tubo capilar (tubo que possui um
diâmetro pequeno). Com o estreitamento da tubulação a substância de trabalho aumenta
a velocidade provocando assim uma queda na pressão do fluido no interior da tubulação
do congelador.
Como a geladeira trabalha em ciclos, podemos visualizar o diagrama que representa as
transformações termodinâmicas ocorridas com a substância de trabalho.
Figura 1: Congelador
No congelador o freon que percorre a tubulação troca calor com o ar dentro da geladeira
com pressão e temperatura constante devido a mudança de estado, expandido-se a
medida que ele se vaporiza.
Figura 2: Compressor
No compressor o gás é comprimido de forma adiabática (sem troca de calor) isso significa
que a variação da energia interna da substância é igual ao trabalho realizado pelo
compressor.
Figura 3: Grade ou radiador.
Na grade ou radiador, o calor é transferido para o ambiente inicialmente havendo uma
queda na temperatura (C-D) e em seguida uma diminuição do volume a pressão e
temperatura constante devido a mudança de estado (condensação) (D-E).
Figura 4: Válvula de Expansão ou
descompressora
Como podemos ver na válvula de expansão o volume aumenta enquanto a pressão
diminui. Devido a rapidez do processo podemos considerar essa transformação como
sendo adiabática.
O diagrama completo é mostrado abaixo:
Figura 5: Ciclo de refrigeração
A figura acima mostra o ciclo de refrigeração no diagrama pressão x volume. Esse
diagrama é apenas uma representação idealizada do que realmente acontece na prática.
Para construirmos um diagrama do ciclo ideal são descartados alguns fatores como, por
exemplo, trocas de calor nas tubulações que ligam os dispositivos.