Scientia

Tema producerii frigului a fascinat cu mult înaintea primului frigider. În Europa o vreme s-au folosit blocuri de gheaţa transportate peste ocean cu vasele pentru a conserva alimentele. Vreţi să aflaţi cum funcţionează frigiderul modern? Citiţi articolul de mai jos...

PRELIMINARII - PRINCIPII TERMODINAMICE

INTERIORUL FRIGIDERULUI

Frigiderul este echipat aşadar cu o reţea etanşă de ţevi şi conducte dintre care primele sunt dispuse în interiorul său (circuitul de răcire),  iar celelalte în exterior, pe peretele posterior (condensatorul).  Prin acest sistem continuu de ţevi şi conducte curge agentul frigorific. În funcţie de locaţia sa în cadrul reţelei de ţevi la un moment dat, refrigerentul este fie în stare lichidă, fie în stare gazoasă.

La momentul surprins în fotografia de dedesubt, când circulă prin circuitul de răcire, lichidul de răcire se află în stare gazoasă, la temperaturi scăzute. Atunci când aerul încălzit de alimentele proaspăt introduce în frigider ia contact cu ţevile reci, se produce un transfer de căldură dinspre alimente spre gazul refrigerent, rezultând o răcire a compartimentului pentru depozitarea alimentelor, respectiv încălzirea refrigerentului, care curge spre compresor.

COMPRESORUL ŞI CONDENSATORUL

Agentul frigorific trece acum printr-un proces în urma căruia este extrasă căldura pe care acesta a absorbit-o din alimentele depozitate în frigider, revenind astfel la o temperatură scăzută. Ce se întâmplă de fapt in această etapă?

La început compresorul presurizează gazul, proces care îl încălzeşte asemenea felului în care o pompă de bicicletă se încălzeşte în timpul umflării unei roţi. Acum un gaz foarte fierbinte, agentul frigorific traversează reţeaua de conducte de lichefiere a condensatorului, care se găseşte, după cum am  menţionat anterior, în exteriorul frigiderului, în partea din spate a acestuia. Pe măsură ce traversează conductele de lichefiere, gazul eliberează căldura acumulată, motiv pentru care aerul este cald în spaţiul din spatele frigiderului. De-a lungul reţelei de conducte, agentul se răceşte suficient pentru a trece prin condensare în formă lichidă. Practic are loc un proces de lichefiere, care este întotdeauna însoţit de cedare de căldură (vezi figura de mai jos).

VALVA DE EXPANSIUNE

Lichidul, încă destul de cald şi sub presiune, trece prin valva de expansiune şi se transformă într-un amestec  lichido-gazos aflat la o presiune mai mică , ceea ce duce la vaporizarea şi răcirea sa considerabilă, în cadrul unui proces asemănător cu ceea ce simţim când folosim spray-ul unui deodorant. La ieşirea din valva de expansiune, agentul este un amestec suficient de rece pentru a fi capabil să îngheţe hrana din congelatorul frigiderului d-voastră. Dar la momentul când revine în reţeaua de ţevi din interiorul frigiderului, ajunge la o temperatură optimă pentru răcire şi care nu mai produce şi îngheţarea alimentelor. Ciclul reîncepe apoi cu agentul frigorific absorbind căldura alimentelor de-abia introduse în frigider, permiţând astfel păstrarea lor pentru perioade mai lungi de timp decât ar fi posibil la temperatura camerei.

O PERSPECTIVĂ TERMODINAMICĂ

Aşa cum am descris anterior, efectul de răcire se obţine în cazul frigiderului printr-un ciclu de condensări şi vaporizări ale unui compus chimic, freon sau propan. Etapele acestui ciclu de refrigerare, explicate dintr-o perspectivă termodinamică în cele ce urmează, sunt numerotate în figura următoare de la 1 la 6 (în cadrul figurii punctele albastre simbolizează că agentul frigorific este în stare gazoasă, iar zonele complet albastre semnifică faptul că agentul este în stare lichidă la acele momente. De remarcat şi zonele de tranziţie între lichid şi gaz, unde avem de-a face cu un amestec între cele două):

Ciclul acesta nu continuă la infinit, ci este controlat de un termostat. Atunci când temperatura din interiorul frigiderului creşte peste valoarea setată, termostatul porneşte compresorul. În momentul în care interiorul frigiderului a fost adus sub temperatura de răcire dorită, compresorul este oprit. Acest mecanism de control permite economisirea energiei electrice.

BIBLIOGRAFIE:

• http://www.chemistry.wustl.edu/~courses/genchem/LabTutorials/Thermochem/Phase.htm en
• http://www.pbs.org/wgbh/nova/zero/refrigerator.html en
• http://www.fizica.ro/textbooks/fizica10/html/1g3.html ro
• http://www.termo.utcluj.ro/pcif/01curs.pdf ro