terça-feira, 10 de agosto de 2010

Gas Refrigerante

Gas Refrigerante

Se a pressão exercida sobre a superfície de um líquido corporal é reduzido, o líquido irá mudar para o estado gasoso mais facilmente, que exigem menos calor para evaporar. Por isso, um dos primeiros passos realizados no desenvolvimento de sistemas de refrigeração foi a identificação de fluidos cujo ponto de ebulição é inferior à da água. Fluidos em que esta característica tenha sido identificados são definidos como "refrigerantes". O gás CFC-12 (R12), foi um dos mais amplamente utilizados refrigerantes até que ele foi expulso, devido ao seu efeito altamente destrutivo sobre a camada de ozono (a camada que bloqueia mais radiação ultravioleta). O gás HCFC-22 (R22) combina excelentes características físicas e químicas com alta eficiência volumétrica, garantindo a sua utilização em sistemas de ar condicionado com baixa e média capacidade requisitos. Este gás também está sob observação de seus efeitos sobre o meio ambiente. O gás CFC 114 é usado em centrífugas compressores para sistemas de ar condicionado. O gás CFC 502 é uma dessas misturas que não altere a sua composição ou a sua saturação volumétrica temperatura durante a evaporação, e, como se evapore a temperaturas mais baixas do que os outros gases, é usado em compressores herméticos. A nocividade dos CFC e HCFC foi proibido internacionalmente, a tal ponto que o protocolo de Montreal 1992 resultou na fixação de quotas de produção, a que se seguiu a sua proibição total. A busca de alternativas refrigerantes tem-se centrado na categoria de hidrocarbonetos (HC), que são inofensivos para o ambiente, mas são extremamente inflamável e, por conseguinte, não adequado para aplicações residenciais, a categoria dos refrigerantes naturais (amônia), que têm boas termodinâmica Propriedades, a baixa inflamabilidade, mas alta toxicidade; e, finalmente, a categoria de hidrofluorocarbonetos (HFC), que não tem um impacto sobre a camada de ozono, mas fazer aumentar o efeito de estufa (quantidade de CO2 no ar). O gás HFC 134a (R134a) é usado para substituir o CFC-12 em aplicações civis refrigeração, devido ao seu baixo impacto sobre a camada de ozono, mas não é adequado para sistemas de ar condicionado. Como um substituto para o R22, os gases HFC 407C (R407c) ou HFC 410A (R410a) são utilizados, mas em ambos os casos a refrigeração e sistemas de ar condicionado devem ser convertidos em conformidade. Assim como estes, o gás HFC 404A (R404A) também é utilizada, no entanto o seu potencial efeito sobre o aquecimento global está entre as mais elevadas da categoria dos hidrofluorocarbonetos.
J.P.Gomes

História da Refrigeração

História da Refrigeração

Desde a pré-história, o homem tem a necessidade, ou a vontade, de obter formas de resfriamento que façam com que alimentos ou outras substâncias alcancem temperaturas inferiores a do ambiente. Registro anteriores a 2.000 A.C indicam que os efeitos exercidos por baixas temperaturas sobre a preservação de alimentos já eram conhecidos. Alexandre, O Grande, serviu bebidas resfriadas com neve aos seus soldados por volta de 300 A.C Já a civilização egípcia, que devido a sua situação geográfica e ao clima de seu país, não dispunham de gelo natural, refrescavam a água por evaporação, usando vasos de barro, semelhantes às moringas, tão comuns no interior do Brasil. O barro, sendo poroso, deixa passar um pouco da água contida no seu interior, a evaporação desta para o ambiente faz baixar a temperatura do sistema. Entretanto, durante um largo período de tempo, na realidade muitos séculos, a única utilidade que o homem encontrou para o gelo foi a de refrigerar alimentos e bebidas para melhorar seu paladar. Os métodos mais antigos de produção do frio faziam uso do gelo natural ou de misturas de sal e neve. Posteriormente descobriu-se que dissolvendo nitrato de sódio em água abaixa a temperatura da mistura - pelo menos no século XIV esse fato já era conhecido. O gelo natural era enviado dos locais de clima frio ou era recolhido durante o inverno e armazenado em salas frias, bem isoladas termicamente. A menção histórica mais antiga a esse respeito data de aproximadamente 1.000 A.C. num antigo livro de poemas chinês, chamado Shi Ching. Essas casas de armazenamento eram feitas de diversos materiais isolantes, como a palha e o esterco. No século XVIII A.C. o gelo estava disponível apenas para os ricos e poderosos. Em 1806 um homem chamado Frederick Tudor deu início a um negócio no qual blocos de gelo eram retirados do rio Hudson (em Nova York) e mananciais próximos e vendido a grande parte da população, por um preço bem acessível. Tudor eventualmente despachava gelo para locais ao redor do mundo e sua primeira empreitada foi um carregamento de 130 toneladas, para o porto de St. Pierre, na ilha da Martinique, na região do Caribe. O gelo era desconhecido por lá e não havia instalações para armazená-lo. A empreitada poderia ter sido um desastre caso Tudor não tivesse se associado a um proprietário local do setor de alimentos com o qual produziu e comercializou sorvetes. Um intenso movimento de cargas foi mantido para os estados do sul dos EUA até ser suspenso pela guerra civil americana. Diversos empresários entraram no negócio do comércio de gelo e começaram a trazê-lo de outras localidades. Dados históricos revelam que 156 mil toneladas de gelo foram embarcadas em Boston, em 1854. As casas de gelo, ao longo dos EUA, costumeiramente faziam uso de serragem como isolante térmico e muitas tinham paredes de até 1 metro de espessura. O comércio de gelo natural continuou mesmo depois do desenvolvimento do gelo artificial, estimulado pelo argumento que tinha qualidades superiores ao feito pela mão do homem pois era crença geral que o gelo artificial era prejudicial à saúde humana, O negócio finalmente terminou por volta de 1930. O principal método usado para produzir refrigeração baseia-se no processo de evaporação de um líquido chamado refrigerante. No ano de 1755 já se conhecia o efeito de resfriamento causado pelo éter ao se evaporar sobre a pele. Naquele tempo, o professor de química, William Cullen, demonstrou â formação de gelo na água em contato com um recipiente contendo éter; ao reduzir a pressão sobre o éter promoveu sua ebulição a uma temperatura baixa o suficiente para proporcionar a formação do gelo. Metade do ciclo de refrigeração estava resolvido, entretanto, ainda restava achar uma forma de recircular o éter evaporado, evitando desperdiçá-lo para o ambiente. Isso tornaria o sistema inviável economicamente, pois o éter evaporado deveria ser reposto. Informações sobre métodos de liquefação de gases através de compressão foram reunidas na segunda metade do século 18. Em 1780, dois homens chamados J. F. Clouet e G. Monge liquefizeram o Dióxido de Enxofre, a Amónia foi liquefeita em 1787 por van Marum e van Troostwijk. A ideia de unir as técnicas de evaporação e condensação e criar um sistema cíclico parece ter sido sugerida pela primeira vez por Oliver Evans, da Filadélfia, mas a primeira máquina cíclica de refrigeração foi feita por Jacob Perkins. A sua descrição pode ser encontrada nas especificações de uma patente de 1834. Haviam patentes anteriores dadas a máquinas de refrigeração, a primeira datada de 1790, mas Perkins parece ter sido o primeiro a tê-la construído e colocado em uso. O sistema poderia ser usado com qualquer fluido volátil, especialmente éter e consiste de quatro componentes principais: evaporador, compressor, condensador e válvula de expansão, do ciclo de refrigeração mecânica. O compressor bombeia o vapor para o condensador, que é basicamente um trocador de calor. O vapor é aquecido pela compressão e resfriado ao longo do condensador por um fluido externo como água ou ar, fazendo com que ele condense tornando-se líquido. Este líquido escoa através da válvula de expansão, que é basicamente um trecho da tubulação que de alguma forma oferece uma restrição à passagem do escoamento, criando com isso um diferencial de pressão através dele. Esta súbita queda de pressão faz com que parte do escoamento entre em ebulição gerando uma mistura de líquido mais vapor. A energia necessária para promover esta ebulição é retirada da parte ainda líquida do escoamento reduzindo a temperatura da mistura que se encaminha para o evaporador. O evaporador, que é um trocador de calor, retira calor do meio que se deseja resfriar e usa esta energia para promover a evaporação do restante do escoamento que ainda se encontra no estado líquido. Ao final do evaporador, todo o escoamento já se tornou vapor e é conduzido para o compressor, e o ciclo se inicia novamente. Apesar de ter gerado grande repercussão, não há nenhum registro da invenção de Perkins na literatura da época, e apenas casualmente Bramwell fez-lhe uma referência 50 anos depois. O maior responsável por colocar máquinas de refrigeração em uso foi o escocês James Harrison. Iniciou-se no assunto a partir de um breve treinamento técnico nas aulas de química durante seu curso de tipografia na universidade. Ao perceber o efeito de resfriamento do éter, inventou, em tomo de 1850, uma máquina acionada manualmente para produção de gelo. Nos anos de 1856 e 1857 solicitou patentes na Grã-Bretanha, e deu continuidade ao desenvolvimento construindo máquinas ainda mais evoluídas na Inglaterra. Tais equipamentos foram enviados para diversos lugares visando aplicações como produção de gelo e a cristalização de parafina. As máquinas foram fabricadas regularmente até o advento dos sistemas com Amónia e Dióxido de Carbono, chegando a se tornar populares na Índia. O éter quando submetido à pressão de 1 atmosfera evapora à temperatura de 34,5°C. Quando o objetivo é produzir gelo esta pressão deve ser bem mais baixa para que a evaporação ocorra em temperaturas inferiores a 0°C A ocorrência de um vazamento permitiria então a passagem de ar para dentro do equipamento, constituindo um ambiente de enorme potencial explosivo. Já o Dimetil Éter, com ponto de ebulição de -23,6°C introduzido por Caries Tellier em 1864 e o Dióxido de Enxofre, com ponto de ebulição de-l 0°C introduzido em 1874, não incorriam neste problema. Estes dois refrigerantes possibilitavam a produção de gelo mantendo o sistema â uma pressão acima da atmosférica. O Dimetil Éter nunca chegou a ser usado de forma generalizada, entretanto, o Dióxido de Enxofre foi usado extensivamente por aproximadamente 60 anos. Cari Von Linde foi o primeiro a introduzir Amónia como refrigerante em torno de 1870. Por ter um ponto de ebulição de -33,3°C proporcionava temperaturas bem mais baixas do que as disponíveis anteriormente, apesar de apresentar pressões em torno de dez atmosferas ou mais no condensador, requerendo assim construções mais robustas. Apesar do primeiro sistema de refrigeração por compressão ter sido desenvolvido em 1834 por Jakob Perkins, apenas uma década após o início da comercialização da máquina de refrigeração por absorção de Carré, esse sistema somente passou a dominar o mercado na década de 1930. Essa demora se deveu aos seguintes fatores: - Alto custo da energia mecânica e elétrica. - Elevado nível de ruído. - Motores grandes, pesados e caros. Lembrando que até o início do século os motores eléctricos eram isolados por meio de tecido. O domínio dos sistemas de refrigeração por compressão ocorreu devido a: - Invenção dos CFCs (Cloro-Fluor-Carbono). Os CFCs, usados como fluido refrigerante em máquinas por compressão não podiam ser usados em máquinas por absorção por não terem afinidade química com outras substâncias, apresentavam a vantagem de serem atóxico, não inflamáveis e menos corrosivos que os refrigerantes até então empregados, como amónia, butano, e outros. Naquela época desconhecia-se a acção destruidora dos CFCs sobre a camada de ozono troposférico que protege a Terra da radiação ultra violeta vinda do Sol. Hoje devido a esse efeito os CFCs estão sendo banidos'; - Barateamento da electricidade; - Introdução do verniz isolante que barateou e reduziu as dimensões dos motores eléctricos; - Logo após a 2ª Guerra Mundial a Tecumseh desenvolveu o compressor hermético para refrigerante R12, o que popularizou definitivamente a refrigeração por compressão. Na década de 1970 em razão da crise energética foram comercializados, por empresas com Carrier, York e Trane, vários modelos de equipamentos de condicionamento ambiental por absorção para uso em sistemas de cogeração, principalmente usando o par água – Brometo de lítio. J.P.Gomes

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