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Diário das pequenas descobertas da vida.
Terça-feira, 5 de Setembro de 2006
Esburacar o frio
Em dias quentes, não há como ir ao frigorífico e beber um copo de água fresca. Em dias frios, não há como não ir às compras, ir ao frigorífico e tirar uma pizza congelada para o jantar. O frigorífico mudou a forma como se vive e se está no Mundo...

O frigorífico é mais um dos milagres científicos de que pouco geralmente se sabe. Como funciona, como surgiu, como realiza um feito que, durante séculos, se julgava completamente impossível e a sua concretização é pouco menos do que um milagre.
(Para mais sobre outros feitos tecnológicos do século XX ver os artigos:
~ Paruola-undae sobre os micro-ondas;
~ Loqui longinquitate sobre os telemóveis;
)

~ Como assim, um «milagre»?! Qual é a grande questão?! Produz frio e mais nada...

Uma das questões que a maioria das pessoas nem pensa nem tem consciência é a de que não existe coisa alguma que possa ser identificado como frio.
Não há frio, há apenas níveis diferentes de calor. Poderá parecer uma simples questão de terminologia (pouco calor=frio, pouco frio=calor) mas não é assim.
Existe de facto «calor», mas não existe «frio».

Este questão foi já abordada em Está calor aqui: o «calor» é a medida da agitação das moléculas que compõem a substância, é a sua energia. Podem estar muito agitadas ou pouco agitadas (e o «muito» e o «pouco» são adjectivos subjectivos), o que corresponde a «mais calor» ou «menos calor».

O calor é assim uma forma de energia e, como tal, não pode ser criada nem destruída. Só se pode transferir energia (ou transformá-la noutro tipo de energia) e, por isso, igualmente só se pode transferir calor de um local para o outro. O calor é sempre transferido do corpo mais «quente» para o corpo «menos quente» até que ambos os corpos se encontrem à mesma temperatura e, nessa altura, a transferência de calor pára. E se é possível produzir calor, transformando alguma outra forma de energia em calor (a fricção é uma das mais comuns no quotidiano), o frio não se consegue produzir, pois isso equivale a destruir energia, o que é impossível. A única coisa que se pode fazer é aproximar um corpo com menos energia calórica e esperar que a transferência se realize e ambos os corpos fiquem à temperatura média dos dois (Se um estiver a 30º C e o outro estiver a 10º C, após a transferência, que não é imediata, poderão ficar ambos a 20º C, sendo o resultado verdadeiro dependente das características físicas dos dois corpos envolvidos, mas sempre entre as temperaturas dos dois. Agradeço a «.» pela chamada de atenção sobre a exactidão deste ponto ;) ). Por isso, durante muitos anos, a ideia de «produzir frio» parecia ridícula e a noção de um «frigorífico» mais ainda: para se esfriar algo era necesário ter algo mais frio com o qual transferir calor.

Mas então como é possível explicar o funcionamento de um frigorífico? Está à temperatura ambiente, liga-se à electricidade e, ao fim de algum tempo, está mais frio do que a temperatura ambiente...

Curiosamente um passo fundamental no funcionamento de um frigorífico é a produção de calor. O frio depois não é, de forma alguma, produzido, o calor é que é transferido.
Há mais de um método para se conseguir esta extracção de calor mas os frigoríficos domésticos usam geralmente o Ciclo de Compressão de Vapor.

Neste método, são necessários 4 componentes fundamentais:
~ um compressor;
~ um condensador;
~ uma válvula de expansão;
~ um evaporador;

O ciclo começa pela introdução, no compressor, de um gás. Este é comprimido e as suas moléculas são empurradas na direcção umas das outras. Esse movimento, que aumenta a pressão do gás, aumenta muito a sua temperatura (a energia da compressão é transformada em calor). Sai então do compressor e entra no condensador, onde é condensado num líquido. Em seguida, é conduzido para a válvula de expansão, onde a sua pressão é abruptamente diminuída. Isto leva a que parte do líquido retorne à forma de gás, livre da pressão a que estava e com menos temperatura do que a que tinha quando iniciou o ciclo (e a que está inicialmente no interior do frigorífico). Em seguida, a mistura de líquido e gás é transportada pelos tubos do evaporador. No exterior desses tubos circula o ar quente existente no frigorífico e que é mantido em circulação por uma ventoínha. A temperatura do ar interior do frigorífico é superior à do gás+líquido refrigerador e, pelo mesmo processo de transferência de calor, o líquido existente absorve o calor do ar, transforma-se em gás e o ar do frigorífico é esfriado. O gás regressa então ao compressor e o ciclo recomeça. Em pouco tempo, o ar dentro do frigorífico está mais fresco, porque o seu calor foi transferido para o exterior do frigorífico.

Mais curioso é saber que um processo de refrigeração semelhante a este é conhecido desde o século XVIII (o grande físico auto-didacta Michael Faraday mostrou como se fazia teoricamente e, na Universidade de Gascow, na Escócia, um primeiro protótipo funcional foi demonstrado ainda no mesmo século). Mas só passados dois séculos é que os primeiros dispositivos verdadeiramente eficazes surgiram (a electricidade facilitou muito todo o processo): em 1902 foi inventado o primeiro ar-condicionado (que funcionam por princípios semelhantes aos dos frigoríficos). Num instante, a invenção do frigorífico comercial surgiu.
(O primeiro dispositivo de refrigeração foi instalado, no início do século XX, na mansão de um abastado executivo de uma companhia petrolífera nos EUA).
O primeiro frigorífico vendido comercialmente foi da General Electric, em 1927. Este usava dióxido de enxofre (SO2) como gás refrigerador e muitos dos frigoríficos na altura feitos e vendidos ainda trabalham(!).

O dióxido de enxofre, produzido comercialmente e libertado também em erupções vulcânicas, é um gás (à temperatura ambiente) que provoca irritação nos pulmões, é ainda hoje utilizado como conservante em algumas bebidas alcoólicas e frutas (mantendo artificialmente o seu aspecto mas não impedindo que apodreçam), é utilizado na produção de ácido sulfúrico (H2SO4) e causa a conhecida chuva ácida, destruidora de estátuas e monumentos urbanos.

Após o uso de dióxido de enxofre como gás «refrigerador», foram introduzidos os CloroFluorCarbonos (os conhecidos CFC's) (Fréon é o nome comercial de um dos gases CFC). Estes foram inventados, em 1928, por Thomas Midgley (1889-1944), o engenheiro-mecânico que se tornou químico com desastrosas consequências para o ambiente. Foi Midgley quem introduziu o chumbo na gasolina e que inventou os CFC's.
(Já se falou neste desastroso inventor no artigo Octanas para que te quero</b>)
Da família química dos CFC, para além dos gases usados na refrigeração, contam-se também substâncias como o Teflon (Politetrafluoroetileno), usado nos revestimentos anti-aderentes dos utensílios de cozinha, ou o PVC (Cloreto de polivinil), usado como um plástico de origem não-petrolífera nos tubos onde se alojam os cabos eléctricos domésticos.
Apesar de serem da mesma família, não têm os efeitos sobre o ozono que têm os seus «primos», e não só por serem sólidos à temperatura ambiente. As diferenças químicas, apesar das semellhanças, não produz o mesmo efeito...


Com a descoberta de que os gases CFC's provocavam um grave efeito de estufa e a destruição da camada de ozono (ver o artigo Solares ambusti para os danos provocados pela ausência de ozono na alta atmosfera), no final da década de 1980, foi assinado o Tratado de Montreal, com vista à diminuição da libertação de substâncias que destroem a camada de ozono. Após a consciência internacional da sua periculosidade, os CFC's foram substituídos por outros gases que não provocam a destruição da camada de ozono.
Hoje são utilizados principalmente dois gases não poluentes: o metilpropano - (CH3)2CHCH3 ou o 1,1,1,2-Tetrafluoroetano - CF3CH2F

Buraco no Ozono sobre a Antártida
O Buraco na Camada do Ozono sobre a Antártida, fotografia tirada pela NASA a 6 de Setembro de 2000. Vê-se ainda a ponta sul da América do Sul.
(Ver Magnus Tellus para a origem dos nomes dos continentes).

Para contextualizar a gravidade do problema, relembre-se que a Antártida tem 14 milhões de quilómetros quadrados e que o buraco a ultrapassa largamente: em 2000 tinha mais de 28 milhões de quilómetros quadrados.
A área de Portugal, continental, Açores e Madeira, é de apenas 92 mil e 345 quilómetros quadrados. Cabem 305 «portugais» no buraco antártico.

Não deixa de ser cruelmente trágico que, devido aos esforços humanos para se refrescarem, o efeito tenha sido tão substancial num dos 2 locais da superfície terrestre mais frios, onde há locais onde a temperatura nunca sobe acima dos 30º negativos.


Onde não é preciso refrigeração é onde os efeitos negativos da refrigeração mais se sentem...


Publicado por Mauro Maia às 19:18
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20 comentários:
De Maria Papoila a 6 de Setembro de 2006 às 16:05
Meu Querido Mauro, este teu blog é realmente paralelo ao magnífico livro de Bill Bryson História Breve de Quase Tudo, com o cuidado apurado em salvar a lingua pátria. Sempre que venho aqui ler os teus artigo penso que bem poderias compilá-los em livro. Quanto aos frigoríficos e o buraco do ozono não te vi refrir a notícia de que o mesmo estaria a diminuir...transmitida no mesmo dia em que Plutão deixou de ser planeta. Será mesmo verdade?
Beijos


De Mauro a 6 de Setembro de 2006 às 16:52
Obrigado pela visita, «Maria Papoila». No Cognosco fica sempre uma atmosfera mais fresca após as tuas visitas. Tanto quanto sei, o Buraco do Ozono sobre a Antártida sofre de períodos de aumento e diminuição sazonais: entre Setembro e Dezembro a camada de ozono torna-se mais estreita. Segundo os modelos matemáticos mais recentes, se as emissões de CFC's pararem, a camada de ozono só mostrará significativos sinais de diminuição não surgirão antes de 2024 e, só em 2068, a espessura da camada de ozono será a mesma de 1980... Em 2006, devido a condições climatéricas extraordinárias, houve uma ligeira diminuição na destruição de ozono na Antártida mas, apesar de a esperança ser grande, não será tão cedo que veremos o desaparecimento do buraco...


De deprofundis a 7 de Setembro de 2006 às 18:33
Já agora aproveito para lembrar que as ventoinhas não fazem frio. Antes pelo contrário, aquecem o ambiente (embora pouco). Limitam-se a fazer vento e este, se tivermos a pele húmida, provoca a evaporação dessa humidade. O que, por sua vez, rouba calor ao nosso corpo. E sentimo-nos mais frescos.


De Mauro a 8 de Setembro de 2006 às 19:52
É verdade, «deprofundis», as ventoinhas limitam-se a fazer circular mais o ar. Não «produzem» frio. Uma «técnia» que tenho usado, nas noites mais quentes, tem sido molhar o rosto e não o enxaguar: o efeito do evaporamento da água na minha pele dá uma óptima sensação de frescura. Um efeito semelhante ao que descreves mas em que a água é propositadamente colocada por mim por o atingir...


De Fiju a 8 de Setembro de 2006 às 23:53
Gostei muito de ler o artigo. Há uns anos atrás soube, e com grande espanto meu, que a palavra frio, tal como disseste, não está relacionada com nenhuma reacção! Tal como o frio, o quente também não é uma terminologia científica. Apenas a palavra calor se pode aplicar correctamente.
Gosto de dizer esta frase, porque me marcou bastante. "Está errado dizer: fecha a porta porque vem daí frio. O correcto é dizer. fecha a porta porque o calor dissipa-se." Não sei se a frase pertence a algum autor em específico sem ser a minha professora de Química.
Realmente é mesmo irónico o facto dos efeitos da refrigeração afectarem e destruírem a camada do ozono! Pelo que percebi, existem essencialmente duas razões para que o buraco do ozono seja propenso no pólo sul. O movimento de rotação da Terra provoca a circulação de ventos e ar frio numa espécie de remoinho em direcção a Oeste (esta circulação é menos notável entre os meses de Dezembro a Março por ser Verão nessa zona, pois a temperatura aumenta). Outra razão contributiva é a formação de um tipo particular de nuvens constituídas por cristais de vapor de água com azoto. Estas nuvens originam-se nesse local por esta região permanecer a baixas temperaturas. No Pólo Norte a camada do ozono está apenas mais fina, não há uma degradação tão significativa porque esta região atinge temperaturas mais elevadas do que no Pólo Sul. O melhorque temos a fazer é termos cuidado e estimar o nosso planeta! Bom fim de semana.


De Mauro a 9 de Setembro de 2006 às 01:04
É sem dúvida uma expressão curiosa, «Fiju», e algo que merecia ser entendido pela maioria das pessoas. Há muitos conceitos que são usados no dia-a-dia com um carácter absoluto e que são, como o quente ou o frio, puramente subjectivos e, como tal, não utilizáveis em termos científicos: «perto», «longe», «saboroso», «bom», «mau»,... E é exactamente no uso-como-absolutos destes conceitos relativos que as discóridas surgem: «Fecha a janela que está frio!»«Não está, está bom!»«Estou dizer que está frio»«E eu estou a dizer que não está»... Seria bem diferente comentar-se «Estão 18º C e eu não me sinto confortável com esta temperatura» Podia não evitar fosse o que fosse, mas era um bom começo... Obrigado pela visita, «Fiju» e por esse aprofundamento das razões pelas quais o chamado «buraco do ozono» é mais profundo na Antárdida. Digo que é chamado «buraco» porque não é de facto um: há ozono, está é a camada muito mais fina, fina a níveis preocupantes. Não me alongo muito sobre esta questão porque está, na forja, um artigo sobre o que é o ozono e as suas camadas...


De . a 9 de Setembro de 2006 às 09:02
Olá Mauro. Os meus conhecimentos de termodinâmica já estão muito esquecidos, mas creio haver no artigo uma pequena incorrecção que, não obstante não afectar a compreensão do mesmo, talvez valesse a pena corrigir. As minhas desculpas antecipadas caso esteja enganado.

Quando referes, a título de exemplo, que da transferência de calor de um corpo a 30º para outro a 10º, resulta que ambos ficarão, passado algum tempo, a 20º, tal não é necessariamente verdade. Ou seja, a temperatura final de ambos os corpos estará, com efeito, compreendida entre 10º e 30º, mas o valor exacto dependerá da capacidade calorífica dos mesmos (a capacidade calorífica é uma medida da quantidade de energia que é necessário fornecer a um corpo para que a sua temperatura aumente de um determinado valor: 1º, por exemplo). Por outras palavras, a temperatura final não é a média aritmética das temperaturas iniciais, mas antes uma média pesada das mesmas, em que os "pesos" dependem precisamente, das capacidades caloríficas dos dois corpos. O valor de 20º corresponderá, por conseguinte, ao caso particular em que ambos os corpos têm a mesma capacidade calorífica.


De Mauro a 9 de Setembro de 2006 às 11:46
Olá, «.», obrigado pelo reparo em relação às transferências caloríferas. Deverei, de facto, alterar o tempo verbal de «ficam» para «poderão ficar», no espírito de exemplo que queria expressar. É tentador imaginar as transferências como acabando na média aritmética das temperaturas, mas claro que depende esse resultado das características físicas de ambos os corpos envolvidos. Obrigado pela atenção e pelo reparo e o artigo será já corrigido nesse ponto.


De . a 9 de Setembro de 2006 às 13:20
Não tens de quê. Se não dependesse das características físicas dos corpos envolvidos ocorreriam fenómenos curiosos. Por exemplo, se quiséssemos medir a temperatura de uma sala a 20ºC e, para tal, recorrêssemos a um termómetro que tivesse estado guardado numa arca frigorífica a -20ºC, uma vez concluída a transferência de calor da sala para o termómetro (os termómetros também são corpos) verificaríamos que quer a sala quer o termómetro se encontrariam a (-20 + 20) / 2 = 0ºC! Que maneira económica de arrefecer a sala :-)

Na realidade isto não acontece. A inclusão do termómetro quase não traz alterações à temperatura da sala, ficando esta, por conseguinte, imperceptivelmente abaixo dos 20ºC. Já a temperatura do termómetro, pelo contrário, sofre grandes alterações: de -20ºC para quase 20ºC. E deve-se isto ao facto de a capacidade calorífica deste último ser insignificante quando comparada com a da sala. Cumprimentos


De Lus Alves de Fraga a 10 de Setembro de 2006 às 10:37
«Cheguei» hoje, por acaso, ao seu blog.
Li o primeiro artigo. Excelente. De uma simplicidade impressionante. Extraordinariamente acessível.
Vou voltar.


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