Máquinas Térmicas

Máquinas térmicas são máquinas capazes de realizar trabalho a partir da variação de temperatura entre uma fonte fria e uma fonte quente. A grande maioria dessas máquinas retira calor de uma fonte quente. Parte desse calor realiza trabalho e a outra parte é jogada para a fonte fria, definindo, dessa forma, a eficiência da máquina. Uma máquina térmica tem maior eficiência quando ela transforma mais calor em trabalho, portanto, rejeita menos calor para a fonte fria.

No século passado, os cientistas estabeleceram de forma definitiva que o calor é uma forma de energia. No entanto, na Antiguidade já se sabia que o calor pode ser utilizado para produzir vapor e que este, por sua vez, poderia ser utilizado para realizar trabalho mecânico. Foi essa ideia que o inventor grego Heron teve no século I d.C. Heron construiu um dispositivo que era constituído por uma esfera de metal com dois furos, dos quais escapava ar quente (vapor) que era proveniente do aquecimento da água.

Hoje, em linguagem moderna, o dispositivo criado por Heron é uma máquina térmica, ou seja, um dispositivo que transforma calor em trabalho mecânico. Contudo, o dispositivo criado por Heron não foi utilizado para produzir grandes quantidades de energia mecânica. Somente no século XVIII foram construídas as primeiras máquinas capazes de realizar trabalhos em grandes escalas, ou seja, trabalhos industriais.

As primeiras máquinas do século XVIII tinham rendimentos muito baixos, ou seja, consumiam grandes quantidades de combustível e realizavam pequenos trabalhos. Foi por volta de 1770 que o inventor escocês James Watt apresentou um modelo de máquina que substituiu as máquinas que até então existiam, pois era mais eficiente e apresentava enormes vantagens. De maneira bem simplificada, podemos dizer que a máquina proposta por Joule retirava calor de uma fonte quente; com parte desse calor ele realizava um trabalho movendo um pistão e o restante ele rejeitava para uma fonte fria.

A máquina proposta por Watt foi empregada nos moinhos e no acionamento de bombas d’água inicialmente, mas posteriormente passou a ser empregada nas locomotivas e nos barcos a vapor. Ela ainda passou a ser muito utilizada nas fábricas como meio para acionar dispositivos industriais. Esse foi um dos fatores que motivaram a Revolução Industrial.

Refrigeradores: Como funcionam?

Há evidências de que os seres humanos, desde os primórdios, notaram que o simples resfriamento de alimentos era capaz de conservá-los por um tempo maior. Muito provavelmente, as apropriações de territórios foram responsáveis pela disseminação deste conhecimento às civilizações.

No entanto, somente no século XIX é que Jacob Perkins, um inventor inglês, desenvolveu um compressor capaz de solidificar a água, produzindo gelo artificialmente. E, obviamente, esta descoberta possibilitou que algumas indústrias, como as cervejarias, por exemplo, prosperassem. Além disso, o ramo comercial também foi bastante favorecido, uma vez que tornou-se possível enviar os produtos para vários países distantes.

Já no início do século XX, Willis Carrier, americano, instalou em uma gráfica de Nova York o primeiro aparelho de ar-condicionado, o qual era capaz de controlar a umidade do ambiente e de resfriá-lo.

Os primeiros refrigeradores domésticos (mais conhecidos como geladeiras) surgiram, nos Estados Unidos, no início da década de 1920, tornando-se populares muito rapidamente. Hoje em dia, no Brasil, estima-se que um percentual superior a 80% das residências tenham uma geladeira.

Componentes

Basicamente, uma geladeira é composta dos seguintes elementos:

Fluido refrigerante: deve possuir baixa pressão de vaporização e alta pressão de condensação, como é o caso do freon - fluido mais utilizado para refrigeração.

Compressor: funciona como uma bomba de sucção que retira o fluido do ramo da tubulação que o antecede (reduzindo a pressão) e injeta este fluido no ramo da tubulação que o sucede (aumentando a pressão).

Condensador: trata-se de uma serpentina externa, localizada na parte de trás da geladeira, na qual o vapor se liquefaz, e que é responsável por liberar calor para o ambiente.

Tubo capilar: é responsável por diminuir a pressão do vapor do fluido.

Evaporador: é composto por um tubo em forma de serpentina acoplado ao congelador. Para passar ao estado gasoso, o fluido absorve energia na forma de calor do congelador e, ao abandonar o evaporador, chega ao compressor, recomeçando o ciclo.

Congelador: localiza-se na parte superior do refrigerador para facilitar a formação de correntes de convecção internas, permitindo a mistura do ar à baixa temperatura do congelador e de sua vizinhança com o ar à temperatura mais elevada das outras partes.