Como funciona um refrigerador de água?
Em nosso universo, o calor pode viajar em uma única direção: de uma temperatura mais alta para uma temperatura mais baixa.Portanto, parece que os refrigeradores de água, juntamente com refrigeradores e aparelhos de ar condicionado, congelando fluidos (ar e água), desafiam uma das leis mais fundamentais da natureza!Claro, isso é falso. De fato, é impossível, mas essas máquinas são onipresentes hoje – de fato, indispensáveis para alguns. Que mágica é então obscurecida por trás daquelas paredes curvas de metal e plástico que permitem à máquina alcançar tal transformação?
(Crédito de imagem: Flickr)
O refrigerante
O princípio de funcionamento de um refrigerador ou de uma geladeira ou ar-condicionado é bastante simples: introduzir o objeto cuja temperatura você deseja diminuir para um objeto ainda mais frio, de modo que quando o calor do objeto quente for transferido para o objeto mais frio, o primeiro é tornado frio. Da mesma forma, a água torna-se mais fria, familiarizando-a com um fluido ainda mais frio. Ele se rende ao calor desse fluido mais frio, tornando-se mais frio. O calor ainda está viajando na única direção que pode, significando que nenhuma lei fundamental da física é violada.
No entanto, tenha em mente que desejamos água fria à temperatura ambiente ou a uma temperatura ainda mais baixa, o que significa que este líquido mágico deve ferver – extraindo assim o calor da água – à temperatura ambiente. Além disso, também deve congelar a uma temperatura insuficiente, uma vez que deve ser novamente congelado para ser reaquecido. Caso contrário, seria necessário reencher a máquina com mais fluido mágico toda vez que tudo fosse aquecido, tornando-o inutilizável para uso posterior.
O fluido mágico que ferve e congela a uma temperatura muito baixa é chamado de refrigerante. Considere, por exemplo, um dos refrigerantes mais comumente empregados, chamado R22. Enquanto a água ferve a 100 graus Celsius, o R22 ferve a impressionantes -40.8 graus Celsius! No entanto, refrigerantes não são surpreendentes porque eles fervem de um líquido em um vapor ou se condensam de um vapor em um líquido a uma temperatura baixa, mas sim porque o fazem muito rapidamente e sem problemas. Como e por que é irrelevante para nossa discussão atual. Agora, vamos nos concentrar em como os componentes de um bebedouro exploram essa propriedade para resfriar a água.
O processo
A água é introduzida no refrigerador enchendo um recipiente chamado reservatório do resfriador. O reservatório é efetivamente um mini-frigorífico e, portanto, é frequentemente chamado de refrigerador bancário. O reservatório é cercado por bobinas nas quais o refrigerante flui.
O refrigerador tem quatro componentes principais: o compressor, o condensador, a válvula de expansão e o evaporador.
Primeiro, o gás refrigerante de baixa e baixa temperatura é bombeado para o compressor. O compressor, como o nome sugere, comprime o gás, aumentando assim sua pressão. O que o compressor faz, ao empurrar o pistão sobre o gás, é reduzir o volume que o mesmo número de moléculas anteriormente ocupava. Isso faz com que eles colidam mais freneticamente uns com os outros. Essas colisões elevam a pressão e a temperatura do gás. É exatamente por isso que uma bomba de bicicleta fica mais quente quando a bombeamos vigorosamente.
O gás de alta pressão e alta temperatura é então passado para o condensador. Como o nome sugere, ele condensa o gás, o que significa que diminui sua temperatura. Isto é conseguido fazendo-o fluir em bobinas longas e circulares. A área dos tubos é otimizada para atingir a máxima condensação. Uma perda adicional de calor é conseguida soprando nos tubos com um ventilador. O condensador faz com que o gás perca o calor da mesma maneira que soprar no café quente o torna mais tolerável. O calor extraído é ventilado para os arredores, e é por isso que a parte traseira de sua geladeira está sempre tão quente.
O gás é agora convertido em um líquido de pressão e temperatura moderadas. A temperatura deste refrigerante é ainda mais reduzida apertando-o através de uma válvula de expansão. Uma válvula de expansão é muito semelhante ao bocal de uma lata de spray. O líquido dentro da lata é pressurizado, mas quando um empurra o bocal, o líquido jorra para uma região de baixa pressão. Quando o líquido comprimido entra em tal região, imediatamente se expande. Essa expansão, representando um declínio na pressão, causa simultaneamente uma queda na temperatura. Você provavelmente já experimentou o quão frio é o líquido que vaza do bico incidentemente. Portanto, nosso refrigerante, depois de sair da válvula, torna-se um líquido frio, de baixa / moderada pressão.
Agora, o componente final, o componente que produz nossa água gelada e que resfria a sede. Este último componente é chamado de evaporador. O evaporador em um condicionador de ar é um sistema que compreende um ventilador para sugar o ar da região a ser resfriada. A temperatura deste ar é significativamente maior do que o ponto de ebulição do refrigerante. O refrigerante frio entra no evaporador em tubos, que são expostos ao ar “quente” que o evaporador absorve. O calor flui em apenas uma direção. O calor do ar é transferido para o refrigerante, tornando-o mais quente. O ar, agora desprovido de calor, é recirculado na região através de um respiradouro. Voila! Ar frio!
(Crédito de imagem: Flickr)
A imagem abaixo resume bem todo o processo de resfriamento.
No entanto, um refrigerador de água não utiliza necessariamente uma unidade mecânica dedicada para evaporar o refrigerante frio. As bobinas que circundam o reservatório geralmente formam o próprio condensador. A água “quente” rodeada por serpentinas frias transfere seu calor para elas, e o que sai da torneira é água fria e rejuvenescedora. O refrigerante nos tubos, agora aquecido, é bombeado para o compressor e o ciclo se repete.
