Como está organizado e funciona o frigorífico doméstico

Aparelho para manter os alimentos frescos

Desde que o aparelho esteja a funcionar corretamente, o seu design não é de grande importância para o proprietário. Utilizam-na apenas para o fim a que se destina. Mas se algo correr mal com o mecanismo, o proprietário pode começar a perguntar-se como é que o frigorífico funciona realmente.

É sempre vantajoso ter alguns conhecimentos prévios sobre o assunto para evitar quaisquer dificuldades potenciais durante o funcionamento do aparelho.

Como está organizado o frigorífico

Todos os frigoríficos modernos funcionam segundo um princípio semelhante e contêm vários componentes essenciais. Estes incluem:

• Motor;
• Condensador;
• Evaporador;
• Tubos capilares;
• Filtros de desidratação;
• Caldeiras.

A pessoa média está geralmente familiarizada com o aspeto exterior de um frigorífico e com a sua capacidade de manter os alimentos frios, permitindo um prazo de validade mais longo. No entanto, muitos desconhecem o funcionamento interno que torna possível este processo de refrigeração, mesmo durante os meses de verão.

Muitas pessoas não compreendem o mecanismo exato por detrás da forma como um frigorífico cria frio ou porque é que, ocasionalmente, deixa de funcionar. No entanto, o processo é, de facto, bastante simples. Em vez de ir buscar frio a fontes externas, o frigorífico gera frio diretamente dentro da câmara quando a unidade de refrigeração está em funcionamento.

Motor elétrico

Este componente específico é uma parte essencial de um frigorífico doméstico. Desempenha um papel vital ao permitir que as pessoas desfrutem de bebidas refrescantes e frias nos dias quentes de verão. A sua principal função é facilitar a circulação do líquido de refrigeração, conhecido como Freon, através dos mecanismos internos do frigorífico. O freon flui através de vários tubos no interior do aparelho.

O componente motor é composto por duas partes principais: um motor elétrico e um compressor. O motor elétrico converte a corrente eléctrica da cablagem em energia mecânica, permitindo o funcionamento eficaz do frigorífico. O motor elétrico divide-se ainda em duas partes: o rotor e o estator.

O estator é composto por várias bobinas de cobre, enquanto o rotor tem a aparência de um eixo de aço e está ligado ao sistema de pistão do motor. Quando o motor é ligado à fonte de alimentação, a indução electromagnética, um fenómeno estudado pelos físicos, é iniciada nas bobinas. Esta indução gera um binário no mecanismo, fazendo com que o rotor comece a rodar devido à existência de uma força centrífuga.

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Tenha em atenção que, segundo as estatísticas, um frigorífico doméstico pode consumir até 10% do consumo total de eletricidade de uma casa. Se a porta do frigorífico for deixada aberta e o ar frio sair, o aparelho tem de trabalhar mais para manter a temperatura necessária, o que resulta num aumento do consumo de energia.

A rotação do rotor inicia o movimento linear dos pistões. Com a ajuda da parede frontal do pistão, os fluidos de trabalho são comprimidos e descarregados para atingir o estado de funcionamento correto.

Nas unidades modernas de refrigeração, o motor está posicionado no interior do compressor, eliminando assim a possibilidade de fugas de gás dos reservatórios de gás ocorrerem espontaneamente.



Para minimizar o impacto das vibrações que surgem durante a operação e garantir a funcionalidade adequada, o motor é montado em uma suspensão metálica composta por molas. Estas molas podem estar situadas no exterior ou no interior do mecanismo. Nos últimos tempos, foram colocados exclusivamente no interior da caixa do motor para melhorar a capacidade de amortecer as vibrações resultantes do funcionamento de todos os mecanismos do frigorífico.

Condensador

Trata-se de um tubo com uma forma sinuosa que tem a capacidade de se expandir até um tamanho de 5 mm de diâmetro. A sua função principal é eliminar o calor gerado pelo fluido em funcionamento e transferi-lo para o ambiente circundante. O aparelho é visível na parede traseira exterior do mecanismo.

Evaporador

O refrigerador possui uma rede de tubos finos que facilitam a transformação do líquido de trabalho em vapor, levando ao arrefecimento geral da sua vizinhança. O evaporador está estrategicamente posicionado no interior ou no exterior do congelador.

Tubo capilar

Os tubos capilares estão posicionados entre o evaporador e o condensador e são utilizados para diminuir a pressão do gás em virtude do seu pequeno diâmetro, medindo 1.5-3 mm.

Filtro-secador

É necessário remover as impurezas de humidade do gás de trabalho através da limpeza do gás. Este aparelho apresenta-se como um tubo de cobre com um diâmetro de 10-20 mm. O tubo tem extremidades alongadas, sendo um lado soldado ao tubo capilar e o outro lado ao condensador.

Atenção! O filtro secador funciona segundo um princípio unidirecional e não pode funcionar em modo inverso. A instalação do filtro sem respeitar as regras específicas pode levar à falha de todo o sistema de arrefecimento. Por conseguinte, é aconselhável recorrer à ajuda de profissionais para a instalação e substituição deste componente da unidade.

A parte interior do tubo contém zeólito, um material de enchimento mineral com uma estrutura altamente porosa. As redes de barreira estão presentes em ambas as extremidades do tubo, servindo como filtros.

Existe uma rede metálica com uma malha de 2 mm no lado do condensador, enquanto o lado do tubo capilar tem uma malha sintética com células espaçadas de 0.1 mm de distância.

Caldeiras de doca

O seu aspeto é semelhante ao de um pequeno contentor metálico. Está situado sensivelmente a meio caminho entre o evaporador e a entrada do compressor. A sua função principal é elevar a temperatura do Freon até ao ponto de ebulição e depois convertê-lo em vapor. Tem também a função de proteger o motor contra qualquer infiltração de líquido. Em caso de infiltração, o motor avaria-se rapidamente e o frigorífico deixa de funcionar.

Como funciona um frigorífico

O funcionamento de qualquer frigorífico baseia-se em duas operações fundamentais:

1. A energia térmica é expelida para o espaço circundante como resultado dos mecanismos internos em funcionamento.
2. O ar frio é concentrado no interior do próprio compartimento frigorífico.

Para remover o calor, é utilizado um refrigerante, vulgarmente conhecido como Freon. É uma substância que existe no estado gasoso e é composta por etano, flúor e cloro. O Freon possui a propriedade única de passar rapidamente do estado gasoso para o estado líquido sem comprometer a sua eficácia, regressando depois rapidamente ao estado gasoso. Este processo é facilitado pela flutuação da pressão dentro dos tanques onde o Freon é armazenado.

O funcionamento do sistema de refrigeração de um frigorífico doméstico baseia-se num princípio específico. Neste processo, o freon é injetado nos componentes internos do mecanismo pelo compressor. Simultaneamente, o motor elétrico é ativado, fazendo com que o pistão inicie o seu movimento, resultando na compressão do gás.

Este processo pode ser dividido em duas fases. Na primeira fase, o pistão sofre um movimento de retorno, o que resulta na abertura da válvula de entrada. Isto permite a entrada do Freon na câmara de gás.

Na segunda fase, o pistão inverte a direção e comprime o gás. Como resultado, a pressão na câmara aumenta rapidamente, fazendo com que o Freon comprimido atinja as placas da válvula de saída. Este aumento de pressão leva a um aumento da temperatura, que pode chegar a 100 o C. Consequentemente, a válvula de saída abre-se, permitindo a libertação do gás. Isto faz com que a válvula de descarga também se abra, permitindo que o gás se escape.

O Freon de alta temperatura flui para fora da câmara e entra no permutador de calor externo, também conhecido como condensador. À medida que o gás se desloca, perde calor, sendo que uma parte deste se escapa para o exterior. Quando o freon chega ao fim do condensador, a sua temperatura desce para 55 graus Celsius.

Facto fascinante! Nos primeiros tempos em que os frigoríficos se tornaram populares entre o público em geral, o dióxido de enxofre era normalmente utilizado como refrigerante em vez do freon. No entanto, estas unidades representavam um perigo para os seus proprietários. A razão para isso é que o sistema sofre frequentemente despressurização devido a esta substância, o que pode resultar em envenenamento das pessoas que se encontram na sala.

Durante o processo de transferência de calor, o gás sofre uma concentração, provocando a transformação do Freon do estado gasoso para o estado líquido. Em seguida, passa para o filtro secador, onde o excesso de humidade é eficientemente absorvido pelo adsorvente especial. Isto ajuda na conversão do Freon líquido de volta à forma gasosa. Uma vez concluída a filtragem, o Freon é direcionado para o tubo capilar, que serve de obstáculo ou barreira ao seu fluxo.

À medida que a substância entra no tubo, a sua pressão sofre um declínio gradual, facilitando assim a sua transição para o estado líquido. Consequentemente, o Freon líquido começa a passar pelo evaporador, onde a pressão do gás diminui ainda mais, resultando na vaporização do Freon. Esta fase não só regista uma queda de pressão, como também da própria temperatura do gás. No momento em que o Freon entra no evaporador, já possui uma temperatura de – 23 graus Celsius. Subsequentemente, a temperatura do Freon continua a diminuir.

O Freon entra na câmara de refrigeração através do permutador de calor, onde sofre uma redução de temperatura. Esta redução de temperatura faz com que o calor seja removido das superfícies internas dos tubos do evaporador, resultando numa queda da temperatura do ar dentro da câmara de refrigeração.

Após a conclusão deste processo, o Freon flui de volta para o compressor e o ciclo recomeça.

Os principais tipos de sistemas de refrigeração

Existem diferentes tipos de frigoríficos domésticos com base nos seus princípios de funcionamento. Estes incluem:

• Frigoríficos de compressor;
• Frigoríficos de adsorção;
• Frigoríficos termoeléctricos;
• Frigoríficos com ejetor de vapor.

Os frigoríficos de compressor distinguem-se dos outros tipos pela forma como o refrigerante circula no sistema. O compressor cria alterações na pressão, que por sua vez movimenta o refrigerante. Estes tipos de frigoríficos estão entre os mais utilizados devido à sua eficiência e eficácia.

As unidades de absorção distinguem-se das suas congéneres por utilizarem o aquecimento para pôr o fluido frigorigéneo em movimento. Para o conseguir, existe uma unidade especializada dentro do sistema. A mistura de trabalho utilizada nestes sistemas é o amoníaco. No entanto, estes sistemas não são comuns em ambientes domésticos devido aos desafios associados à manutenção. Além disso, o amoníaco é uma substância perigosa tanto para os seres humanos como para os animais. Se houvesse uma fuga do sistema, as pessoas nas proximidades poderiam sofrer de envenenamento grave, pondo em risco a sua saúde e até a sua vida. Atualmente, as unidades que funcionam com base neste princípio são consideradas obsoletas e foram descontinuadas da produção há vários anos.

Atenção! Os Estados Unidos fabricaram o primeiro frigorífico doméstico em 1911. Este frigorífico foi inteiramente construído em madeira, utilizando dióxido de enxofre como refrigerante.

Os dispositivos termoeléctricos são capazes de produzir frio através da absorção de calor quando uma carga eléctrica passa através de dois condutores. Este fenómeno é conhecido como o Efeito Peltier e é amplamente reconhecido pelos físicos. As principais vantagens destes aparelhos são a sua fiabilidade e durabilidade. No entanto, o seu elevado custo é uma desvantagem que compensa as suas vantagens. Em comparação com aparelhos semelhantes, os frigoríficos termoeléctricos são significativamente mais caros.

As unidades de ejeção de vapor dependem da água como componente principal. Estas unidades utilizam um ejetor como meio de propulsão. O fluido de trabalho entra primeiro no vaporizador, onde é aquecido até atingir o seu ponto de ebulição e começar a libertar vapor de água. Após a produção de calor, a temperatura da água diminui rapidamente.

O arrefecimento dos produtos é conseguido através da utilização de água a baixa temperatura. Posteriormente, o vapor de água é expelido pelo ejetor e direcionado para o condensador, onde sofre um arrefecimento. Isto faz com que o vapor se condense e se transforme novamente numa forma líquida. A substância condensada é então deixada a fluir de volta para o evaporador, iniciando o ciclo mais uma vez. A instalação apresenta várias vantagens notáveis, como a segurança de funcionamento, a simplicidade de construção e o respeito pelo ambiente. No entanto, tem o inconveniente de consumir grandes quantidades de água. Além disso, é necessária uma quantidade significativa de eletricidade para fins de aquecimento.

Princípio de funcionamento dos frigoríficos de absorção

Este tipo de dispositivo funciona através da circulação e evaporação de um refrigerante, que se encontra inicialmente na forma líquida. O refrigerante utilizado é o amoníaco e o absorvente neste sistema é uma solução de amoníaco à base de água.

No sistema de arrefecimento destas unidades, são utilizados hidrogénio e cromato de sódio. O hidrogénio serve como regulador de pressão no sistema, enquanto o cromato de sódio tem como principal função proteger as partes internas dos tubos contra a corrosão.

É importante notar que nos antigos frigoríficos soviéticos, a mistura de arrefecimento continha uma substância chamada Freon R12, que é à base de cloro. Embora não seja altamente prejudicial para os seres humanos, a sua utilização contribuiu para a destruição gradual da camada de ozono.

Quando o aparelho está ligado a uma fonte de alimentação, a caldeira-gerador aquece progressivamente o líquido de trabalho. A solução de amoníaco é armazenada num tanque especialmente concebido para este fim.

À medida que a temperatura do refrigerante aumenta, o amoníaco começa a vaporizar, com as suas moléculas a deslocarem-se para o condensador, onde se condensam e se transformam em líquido. A partir daí, o amoníaco líquido flui para o evaporador, onde é misturado com hidrogénio. Devido à diferença de pressão entre estas duas substâncias, o amoníaco sofre novamente uma vaporização, acompanhada pela libertação de calor. O resultado é o arrefecimento do amoníaco a uma temperatura de -4°C. Ao mesmo tempo, o evaporador é arrefecido juntamente com o amoníaco, extraindo eficazmente o calor do espaço circundante.

O amoníaco gasoso passa então para o adsorvente, que contém a água purificada. As duas substâncias misturam-se e a solução resultante começa a fluir para um tanque específico. A partir daí, é transferido para a caldeira-gerador e todo o processo recomeça.

Em vez de amoníaco, alguns fabricantes optaram por soluções aquosas de acetona ou brometo de lítio.

A principal vantagem deste tipo de frigorífico é o facto de funcionar silenciosamente.

Frigoríficos de descongelação automática

A descongelação destas unidades não necessita de intervenção humana. O arrefecimento é automático, graças aos algoritmos programados no sistema.

Existem dois tipos de frigoríficos de descongelação automática – por gotejamento e por ventoinha.

Nas unidades de gotejamento, o evaporador está posicionado na parede traseira do frigorífico. Isto leva à formação de gelo nesta área após algumas horas de funcionamento. Quando entra em contacto com o ar exterior, inicia-se o processo de descongelação. A humidade resultante flui então para o fundo da unidade, seguindo canais específicos. A água chega ao compressor, que tem uma temperatura elevada, resultando na formação de vapor.

A caixa do aparelho foi concebida para facilitar o fluxo de ar de baixa temperatura do evaporador. Isto é possível graças a um ventilador especializado. Uma vez derretida a geada, a água resultante é direccionada para um orifício designado através da utilização de ranhuras especialmente concebidas para o efeito.

Frigoríficos industriais

As unidades de refrigeração industrial diferem das suas congéneres domésticas em termos de maior potência e de maiores dimensões da câmara de refrigeração interna. Os motores destas unidades podem atingir níveis de potência de várias dezenas de quilowatts, o que lhes permite manter um intervalo de temperatura estável de +5 a -50 graus Celsius.

Facto curioso! O maior frigorífico industrial do mundo está localizado em Genebra e cobre uma área de 24 quilómetros quadrados. Este enorme frigorífico foi criado especificamente para experiências científicas relacionadas com o funcionamento do colisor de hadrões.

O principal objetivo dos frigoríficos industriais é fornecer as temperaturas necessárias para armazenar uma grande quantidade de produtos alimentares. Estas câmaras podem armazenar entre 5 a 5.000 toneladas de alimentos e são utilizadas principalmente por grandes empresas envolvidas na transformação e conservação de matérias-primas.

Frigoríficos com inversor

Estes aparelhos funcionam com base no princípio da conversão de corrente contínua em corrente alternada por acumulação. O processo de arrefecimento é conseguido através de um ajuste suave das rotações do veio da unidade do motor.

Quando a eletricidade é fornecida ao aparelho, o inversor acelera rapidamente, provocando um aumento da temperatura no interior da caixa. Quando os limiares pré-determinados são atingidos, a unidade passa para o modo de espera. À medida que a temperatura continua a aumentar, um sensor dedicado é acionado, resultando num aumento das rotações do motor.

Dispositivo termostático do frigorífico

A principal função do controlador de temperatura é regular a temperatura desejada no interior do sistema. O dispositivo é fixado de forma segura ao tubo capilar, que é depois ligado ao evaporador.

O termóstato desempenha um papel central neste processo, servindo como um componente chave da construção global. É constituído por um fole e uma alavanca de acionamento.

O fole é composto por um tubo ondulado que contém freon nos seus anéis. A compressão da mola é afetada pela temperatura do freon. Quando o refrigerante arrefece, a mola comprime-se, fechando assim os contactos e activando o compressor. À medida que a temperatura aumenta, a mola estica-se, abrindo o circuito da alavanca de potência e desligando o motor.

Conclusão

O funcionamento de um frigorífico doméstico não é tão complexo como pode parecer à primeira vista. Ao compreender o conceito operacional do eletrodoméstico, as pessoas podem resolver pequenos problemas sem necessitar de assistência profissional.