Refrigeração - Parte 1

Se você colocar sua mão por trás de uma geladeira, você vai notar que esta área é mais quente do que a temperatura ambiente. No entanto, o interior do compartimento de congelação é muito frio, como isso
funciona?

Uma das primeiras postagens nesse blog foi uma introdução sobre refrigeração e congelamento, dessa vez vamos aprofundar nesse tópico de uma forma mais detalhada e técnica. Para quem perdeu a a introdução, clique aqui:  

http://alimentoseengenharia.blogspot.com.br/2013/05/introducao-refrigeracao-e-congelamento.html

Existem diversos sistemas de refrigeração, por hoje vamos focar o mais comum que utiliza um sistema de compressão mecânica de vapor (CVM). 

Primeira e Segunda lei da Termodinâmica

Termodinâmica é um ramo da física que lida com a energia e o trabalho de um sistema. Ela lida apenas com a resposta em grande escala de um sistema que podemos observar e medir em experimentos, interações em pequena escala são descritos pela teoria cinética dos gases. Existem três principais leis da termodinâmica, que são descritas separadamente. Cada lei leva à definição de propriedades termodinâmicas que nos ajudam a compreender e prever o funcionamento de um sistema físico, nesse blog vou apresentar alguns exemplos simples dessas leis e propriedades para uma variedade de sistemas físicos.

Pressão, Trabalho, Energia, Calor e Potência

A pressão é definida como a força por unidade de área. É geralmente mais conveniente utilizar pressão, em vez de força para descrever as influências no comportamento de um fluido. A unidade padrão de pressão é o Pascal, que é Newton por metro quadrado (N/m²).

Para um objeto em repouso sobre uma superfície, a força de pressão sobre a superfície é o peso do objeto, mas em diferentes orientações, pode ter uma área diferente em contacto com a superfície e, por conseguinte, exercer uma pressão diferente.

Entropia

O que é entropia? A maneira mais fácil de explicar isso é dizer que ela descreve a tendência natural do universo desmoronar em desordem. Uma ilustração bem conhecida é o conceito de um quarto bagunçado. Você sabe que você precisa trabalhar constantemente para manter seu quarto limpo e bem organizado. No entanto, você sabe que se você não acompanhar a rotina do quarto, ele vai gradualmente retornar ao seu estado bagunçado. Concordam?

Entalpia

Entalpia é a quantidade de conteúdo térmico utilizado ou libertado em um sistema a uma pressão constante. A variação de entalpia está relacionada com uma alteração na energia interna (U) e uma mudança no volume (V), que é multiplicado pela pressão constante do sistema.

A entalpia (H) é a soma da energia interna (U) e o produto da pressão e volume (PV), dada pela equação:

Capacidade Calorífica e Calor específico

Movimento requer energia: Quanto mais energia a matéria tem, maior será a temperatura também. E esta energia é fornecida pelo calor. Perda ou ganho de calor é equivalente a perda ou ganho de energia.

Com a observação acima entendida, agora se faz a seguinte pergunta: quanto será o aumento ou diminuição de temperatura de uma substância com o ganho ou perda de energia térmica? A resposta é dada pelo calor específico (C) da mesma. O calor específico é definido da seguinte forma: Pegue uma unidade de massa de uma substância qualquer, adicione x em quantidade de calor e observe cuidadosamente o aumento da temperatura, então C é dado por:

Densidade e Volume específico

      Densidade

A densidade é uma propriedade física da matéria, uma vez que cada elemento e composto tem uma densidade única a ele associada.

A definição formal de densidade é a massa por unidade de volume. Normalmente, a densidade é expressa em gramas por mL ou cm³. Portanto: