História da Refrigeração e Ar condicionado

Desde a pré-história, o homem tem a necessidade, ou a vontade, de obter formas de resfriamento que façam com que alimentos ou outras substâncias alcancem temperaturas inferiores às do ambiente.

Registro anteriores a 2.000 A.C indicam que os efeitos exercidos por baixas temperaturas sobre a preservação de alimentos já eram conhecidos. Alexandre, O Grande, serviu bebidas resfriadas com neve aos seus soldados por volta de 300 A.C

Já a civilização egípcia, que devido a sua situação geográfica e ao clima de seu país, não dispunham de gelo natural, refrescava a água por evaporação, usando vasos de barro, semelhantes às moringas, tão comuns no interior do Brasil. O barro, sendo poroso, deixa passar um pouco da água contida no seu interior, a evaporação desta para o ambiente faz baixar a temperatura do sistema. Entretanto, durante um largo período de tempo, na realidade muitos séculos, a única utilidade que o homem encontrou para o gelo foi a de refrigerar alimentos e bebidas para melhorar seu paladar.

Os métodos mais antigos de produção do frio faziam uso do gelo natural ou de misturas de sal e neve. Posteriormente descobriu-se que dissolvendo nitrato de sódio em água consegue-se abaixar a temperatura da mistura – pelo menos no século XIV esse fato já era conhecido.

O gelo natural era enviado dos locais de clima frio ou era recolhido durante o inverno e armazenado em salas frias, bem isoladas termicamente. A menção histórica mais antiga a esse respeito data de aproximadamente 1.000 A.C. num antigo livro de poemas chins, chamado Shi Ching. Essas casas de armazenamento eram feitas de diversos materiais isolantes, como a palha e o esterco.

No século XVIII D.C. o gelo estava disponível apenas para os ricos e poderosos. Em 1806 um homem chamado Frederick Tudor deu início a um negócio no qual blocos de gelo eram retirados do rio Hudson (em Nova York) e mananciais próximos e vendido a grande parte da população, por um preço bem acessível.

Tudor eventualmente despachava gelo para locais ao redor do mundo e sua primeira empreitada foi um carregamento de 130 toneladas, para o porto de St. Pierre, na ilha da Martinique, na região do Caribe. O gelo era desconhecido por lá e não havia instalações para armazená-lo. A empreitada poderia ter sido um desastre caso Tudor não tivesse se associado a um proprietário local do setor de alimentos com o qual produziu e comercializou sorvetes.

Um intenso movimento de cargas foi mantido para os estados do sul dos EUA até ser suspenso pela guerra civil americana. Diversos empresários entraram no negócio do comércio de gelo e começaram a trazê-lo de outras localidades. Dados históricos revelam que 156 mil toneladas de gelo foram embarcadas em Boston, em 1854. As casas de gelo, ao longo dos EUA, costumeiramente faziam uso de serragem como isolante térmico e muitas tinham paredes de até 1 metro de espessura.

O comércio de gelo natural continuou mesmo depois do desenvolvimento do gelo artificial, estimulado pelo argumento que tinha qualidades superiores ao feito pela mão do homem pois era crença geral que o gelo artificial era prejudicial à saúde humana. O negócio finalmente terminou por volta de 1930.

O principal método usado para produzir refrigeração baseia-se no processo de evaporação de um líquido chamado refrigerante.

No ano de 1755 já se conhecia o efeito de resfriamento causado pelo éter ao se evaporar sobre a pele. Naquele tempo, o professor de química, William Cullen, demonstrou a formação de gelo na água em contato com um recipiente contendo éter; ao reduzir a pressão sobre o éter promoveu sua ebulição a uma temperatura baixa o suficiente para proporcionar a formação do gelo.

Metade do ciclo de refrigeração estava resolvido, entretanto, ainda restava achar uma forma de recircular o éter evaporado, evitando desperdiçá-lo para o ambiente. Isso tornaria o sistema inviável economicamente, pois o éter evaporado deveria ser reposto.

Informações sobre métodos de liquefação de gases através de compressão foram reunidas na segunda metade do século XVIII. Em 1780, dois homens chamados J. F. Clouet e G. Monge liquefizeram o Dióxido de Enxofre, a Amônia foi liquefeita em 1787 por van Marum e van Troostwijk.

A ideia de unir as técnicas de evaporação e condensação e criar um sistema cíclico parece ter sido sugerida pela primeira vez por Oliver Evans, da Filadélfia, mas a primeira máquina cíclica de refrigeração foi feita por Jacob Perkins. A sua descrição pode ser encontrada nas especificações de uma patente de 1834.

Haviam patentes anteriores dadas às máquinas de refrigeração, a primeira datada de 1790, mas Perkins parece ter sido o primeiro a tê-la construído e colocado em uso.

O sistema poderia ser usado com qualquer fluído volátil, especialmente éter e consiste de quatro componentes principais: evaporador, compressor, condensador e válvula de expansão, do ciclo de refrigeração mecânica.

O compressor bombeia o vapor para o condensador, que é, basicamente, um trocador de calor. O vapor aquecido pela compressão é resfriado ao longo do condensador por um fluido externo como água ou ar, fazendo com que ele condense tornando-se líquido. Este líquido escoa através da válvula de expansão, que é, basicamente, um trecho da tubulação que de alguma forma oferece uma restrição à passagem do escoamento, criando com isso um diferencial de pressão através dele. Esta súbita queda de pressão faz com que parte do escoamento entre em ebulição gerando uma mistura de líquido mais vapor.

A energia necessária para promover esta ebulição é retirada da parte ainda líquida do escoamento reduzindo a temperatura da mistura que se encaminha para o evaporador. O evaporador, que é um trocador de calor, retira calor do meio que se deseja resfriar e usa esta energia para promover a evaporação do restante do escoamento que ainda se encontra no estado líquido. Ao final do evaporador, todo o escoamento já se tornou vapor e é conduzido para o compressor, e o ciclo se inicia novamente.

Apesar de ter gerado grande repercussão, não há nenhum registro da invenção de Perkins na literatura da época, e apenas casualmente Bramwell fez-lhe uma referência 50 anos depois.

O maior responsável por colocar máquinas de refrigeração em uso foi o escocês James Harrison. Iniciou-se no assunto a partir de um breve treinamento técnico nas aulas de química durante seu curso de tipografia na universidade. Ao perceber o efeito de resfriamento do éter, inventou, em tomo de 1850, uma máquina acionada manualmente para produção de gelo. Nos anos de 1856 e 1857 solicitou patentes na Grâ-Bretanha, e deu continuidade ao desenvolvimento construindo máquinas ainda mais evoluídas na Inglaterra. Tais equipamentos foram enviados para diversos lugares visando aplicações como produção de gelo e a cristalização de parafina. As máquinas foram fabricadas regularmente até o advento dos sistemas com Amônia e Dióxido de Carbono, chegando a se tornar populares na Índia.

O éter quando submetido pressão de 1 atmosfera evapora à temperatura de 34,5o C. Quando o objetivo é produzir gelo esta pressão deve ser bem mais baixa para que a evaporação ocorra em temperaturas inferiores a 0o C. A ocorrência de um vazamento permitiria então a passagem de ar para dentro do equipamento, constituindo um ambiente de enorme potencial explosivo.

Já com o Dimetil éter, com ponto de ebulição de -23,6o C introduzido por Caries Tellier em 1864 e o Dióxido de Enxofre, com ponto de ebulição de -10o C introduzido em 1874, não incorriam neste problema.

Estes dois refrigerantes possibilitavam a produção de gelo mantendo o sistema à uma pressão acima da atmosférica. O Dimetil éter nunca chegou a ser usado de forma generalizada, entretanto, o Dióxido de Enxofre foi usado extensivamente por aproximadamente 60 anos.

Cari Von Linde foi o primeiro a introduzir Amônia como refrigerante em torno de 1870. Por ter um ponto de ebulição de -33,3o C proporcionava temperaturas bem mais baixas do que as disponíveis anteriormente, apesar de apresentar pressões em torno de dez atmosferas ou mais no condensador, requerendo assim construções mais robustas.

Apesar do primeiro sistema de refrigeração por compressão ter sido desenvolvido em 1834 por Jakob Perkins, apenas uma década após o início da comercialização da máquina de refrigeração por absorção de Carré, esse sistema somente passou a dominar o mercado na década de 1930. Essa demora se deveu aos seguintes fatores:

  • Alto custo da energia mecânica e elétrica.
  • Elevado nível de ruído.
  • Motores grandes, pesados e caros. Lembrando que o início do século os motores elétricos eram isolados por meio de tecido.

O domínio dos sistemas de refrigeração por compressão ocorreu devido a:

  • Invenção dos CFCs (Cloro-Fluor-Carbono). Os CFCs, usados como fluídos refrigerantes em máquinas por compressão, não podiam ser usados em máquinas por absorção por não terem afinidade química com outras substâncias, apresentavam a vantagem de serem atóxicos, não inflamáveis e menos corrosivos que os refrigerantes então empregados, como amônia, butano, e outros. Naquela época desconhecia-se a ação destruidora dos CFCs sobre a camada de ozônio troposférico que protege a Terra da radiação ultravioleta vinda do Sol. Hoje devido a esse efeito os CFCs estão sendo banidos’;
  • Barateamento da eletricidade;
  • Introdução do verniz isolante que barateou e reduziu as dimensões dos motores elétricos;
  • Logo após a 2ª Guerra Mundial a Tecumseh desenvolveu o compressor hermético para refrigerante R12, o que popularizou definitivamente a refrigeração por compressão.

(Na década de 1970 em razão da crise energética foram comercializados, por empresas com Carrier, York e Trane, vários modelos de equipamentos de condicionamento ambiental por absorção para uso em sistemas de cogeração, principalmente usando o par água – Brometo de lítio.

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