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LABORATÓRIO CIENTÍFICO INFANTIL
Como fazer sem freon. Laboratório de Ciências para Crianças
Diretório / Laboratório de Ciências para Crianças Você sabe o que é freon? Temos certeza de que, depois de ler esta pergunta, a primeira coisa de que você se lembrará são as geladeiras. E se você mergulhar em sua memória, lembre-se dos buracos na camada de ozônio. A ligação entre eles é direta: quanto mais freon escapa de unidades defeituosas, maior é a ameaça à camada de ozônio do planeta. Mas, infelizmente, ainda não é possível eliminar completamente o uso do freon. Afinal, existem mais de um bilhão de refrigeradores na terra ... Mesmo assim, eles estão procurando apressadamente um substituto para a substância malfadada - um gás que pode atuar como refrigerante. Enquanto isso, há muito se sabe que máquinas de refrigeração usam a substância mais inofensiva e barata - o ar. Por que eles são esquecidos?
Acontece que nem tudo é tão simples. Lembre-se de que, quando um gás é comprimido, ele se aquece e, quando se expande, esfria. Esses dois fatos são suficientes para entender como funciona uma máquina de refrigeração de acordo com o método proposto por Joule. A figura mostra um dos muitos projetos desse tipo. Veja - dois cilindros são "plantados" em uma manivela. A esquerda, compressor, comprime ar, a direita, expansão, funciona a partir de ar comprimido (não mostramos detalhes como válvulas e carretéis). Assim, uma porção de ar é comprimida no cilindro esquerdo. Ao mesmo tempo, houve um aumento em sua energia interna - a temperatura e a pressão aumentaram. Mas para ficar frio, ou seja, a temperatura é menor que a do ambiente, é preciso retirar energia interna do ar. Faça isso em duas etapas. Primeiro, o ar é enviado para o trocador de calor. (Neste projeto, trata-se de um tubo soprado por um ventilador.) Aqui, o ar esfria a uma temperatura próxima à temperatura ambiente. Observe que sua pressão não muda. Em seguida, uma porção de ar entra no cilindro de expansão, onde realiza trabalho físico e é resfriada a uma temperatura inferior à do ambiente. O ar frio é empurrado para dentro do compartimento do refrigerador durante o próximo curso do pistão. É claro que devido ao trabalho realizado durante a expansão do ar, parte da energia gasta em sua compressão é devolvida e a máquina como um todo se torna mais econômica. Parece que está tudo bem. No entanto, as máquinas de resfriamento de ar que operam de acordo com este princípio são mais vantajosamente usadas para obter temperaturas abaixo de -90 ° C. Em refrigeradores domésticos, essas temperaturas não são necessárias. Enquanto isso, como mostra a prática, ao receber um resfriado moderado, o cilindro de expansão devolve apenas uma parte insignificante da energia gasta na compressão do ar. Então, talvez pare de usá-lo completamente? Se você for atrás, a máquina de refrigeração é extremamente simplificada, transformando-se em um dispositivo que não contém partes móveis. Aqui está uma das opções - o chamado tubo de vórtice, projetado em 1931 por J. Rank. É configurado de forma bastante simples. O ar é bombeado da esquerda (veja o diagrama) e "milagres" começam no vórtice resultante. Sua parte externa, aquecendo, move-se para a direita e, ao encontrar um inserto cônico, sai. Mas nem todos saem. Aproximadamente um terço do ar volta (o fluxo segue em duas camadas) e, sendo cada vez mais resfriado, entra no ramal esquerdo para o ar frio. Queda de temperatura pode chegar a cerca de 85 graus!
Uma saída parece ter sido encontrada, mas, infelizmente, o consumo de energia dos tubos de vórtice é inaceitavelmente alto. Portanto, eles são usados apenas onde o baixo peso e a confiabilidade são mais importantes e o ar comprimido é abundante, como, por exemplo, na aviação. Tubos pulsantes mais perfeitos. Veja como funciona o dispositivo, proposto em 1962 pelo especialista em baixa temperatura Gifford. Imagine um cano com duas torneiras. Em seu fim surdo está um trocador de calor. No nosso caso (ver fig.) trata-se de uma bobina através da qual a água flui. Se você abrir a válvula superior por um momento, uma porção de ar entrará no tubo e começará a se expandir em velocidade supersônica. Esse fenômeno, conhecido como "onda de choque", costumava interessar apenas aos criadores de foguetes e tecnologia espacial, mas, como você vê, de repente encontrou uma aplicação mais prosaica. Assim, a onda de choque, propagando-se no tubo, comprime o ar à sua frente. A partir da compressão, ele se aquece e libera o excesso de calor para a água. Se você abrir a segunda torneira, o ar resfriado começará a se expandir e sua temperatura cairá significativamente. Este é o fluxograma do processo.
Nos dispositivos mais simples, como o tubo descrito, surgiram muitos efeitos colaterais que tornaram o trabalho antieconômico. Mas parece que uma solução foi encontrada. A empresa de Moscou "Novid-Ecoholod" como resultado de mais de dez anos de pesquisa conduzida sob a orientação de Ph.D. B. G. Kuznetsova, levou o tubo pulsante a uma perfeição muito elevada. Na versão moderna, trata-se de um tubo de seção transversal variável, cujas dimensões e proporções correspondem totalmente ao melhor fluxo do processo de resfriamento. A capacidade de encontrá-los corretamente é o principal segredo da empresa. Igualmente importante é o carretel rotativo, um dos componentes do sistema que melhor gerencia os processos. Os resfriadores de ar fabricados pela Novid-Ecoholod são capazes de fornecer um jato de ar resfriado com uma temperatura de -60 °C e abaixo. Com sua ajuda, é especialmente conveniente congelar produtos rapidamente em uma esteira em movimento. Velocidade, neste caso, não é apenas conveniência. Há também uma nova qualidade aqui. Os biólogos há muito notaram que o resfriamento muito rápido não destrói os tecidos vivos. Pequenos lagartos, por exemplo, depois disso podem ganhar vida mesmo alguns anos depois, e minúsculos crustáceos que passaram por tal procedimento em condições naturais conseguem acordar depois de ... um sono de mil anos! Portanto, não é surpresa que os alimentos ultracongelados pareçam frescos na mesa! A empresa "Novid-Ecoholod" sem muita dificuldade recebe até 120 ° C negativos de seus refrigeradores. O resultado é curioso. Carcaças de carne, por exemplo, podem ser facilmente armazenadas em um vagão não equipado por até sete dias e, se o vagão for fornecido com o isolamento térmico mais simples, todos os dez. Existem outras vantagens também. Todos devem ter visto como dezenas de metros de tubos de metal gelado se estendem ao longo das paredes da câmara frigorífica de um armazém ou armazém comum, por onde circula o freon. Este não é o caso de um resfriador de ar. E sim, é pequeno em tamanho. Você pode entregá-lo e instalá-lo em praticamente qualquer lugar. O jato de ar frio da máquina pode ser direcionado para qualquer lugar. Por exemplo, a figura mostra um armazém inflável para vegetais perecíveis, espalhado no campo. Os benefícios de tal instalação tornam-se especialmente óbvios, visto que com uma colheita abundante, até 80% dos produtos costumam morrer no campo. Dada a grande procura destes equipamentos, a empresa já construiu várias instalações para a congelação rápida de pescado em embarcações de pesca. A propósito, devido à falta de tais instalações em nosso país, até 50% do peixe capturado já se perde!
Agora, algumas palavras sobre a eficiência dos resfriadores de ar em relação à indústria alimentícia. É útil para um futuro lojista ou fazendeiro entender a diferença entre os números do desfile, que geralmente são dados nas características dos refrigeradores freon, e o que é obtido na prática. O fato é que geralmente são testados com canos limpos que ainda não tiveram tempo de serem cobertos por uma crosta de gelo. Nessas condições, nas primeiras horas de operação, os refrigeradores freon "comprovam" sua eficiência excepcional. No entanto, os canos ficam cobertos de geada e gelo. Durante um mês de operação da câmara frigorífica cheia de mercadorias, a espessura do "casaco de pele" aumenta tanto que o consumo de energia aumenta de 1,5 a 2 vezes. Não existem tais tubos em refrigeradores de ar e não há problemas semelhantes. Portanto, para armazenamento de longo prazo, os refrigeradores de ar são incomparáveis em termos de economia. Autor: A.Vargin
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