A bela história da refrigeração

A refrigeração é o nome dado ao processo de remoção do calor de um meio, reduzindo sua temperatura e mantendo essa condição por meios mecânicos ou naturais. As aplicações da refrigeração são muitas tais como a conservação dos alimentos e a climatização ou condicionamento de ar.

Para manter a qualidade de produtos perecíveis como frutas, carnes e verduras é importante conservá-los sob condições controladas de temperatura e umidade, não somente durante a armazenagem, como também durante seu transporte desde os pontos de produção até o consumo.

A neve e o gelo natural já eram utilizados para o resfriamento de bebidas pelas antigas civilizações há mais de dois mil anos. Recentemente foram descobertas casas de gelo construídas com materiais isolantes como cortiça e restos de madeira na Europa, América e Irã. Na Índia, os imperadores  usufruíam do gelo para resfriar os verões de Delhi e Agra. Os indianos também conheciam técnicas de resfriamento evaporativo e produção de gelo noturno. Além de se enterrar pequenos animais  na neve para consumo posterior, a defumação e o salgamento também eram técnicas utilizadas para conservar os alimentos.

Somente no século XVII foi possível conhecer mais detalhadamente os efeitos do resfriamento na conservação dos alimentos. O aperfeiçoamento do microscópio permitiu a descoberta das bactérias, enzimas e fungos. Pela primeira vez compreendeu-se que esses organismos microscópios, presentes nos alimentos, multiplicavam-se rapidamente em temperaturas elevadas e, dessa forma, deterioravam os alimentos. Porém, pareciam hibernar (dormir) sob temperaturas em torno de 10 graus Celsius ou menores. Temperaturas mais baixas não matavam estes micro-organismos, mas controlavam o seu crescimento.

Nesse período não havia um eficiente sistema de divulgação das descobertas científicas. Por isso algumas pesquisas permaneciam esquecidas por muitos anos.  Como exemplo tem-se o trabalho do professor universitário Willian Cullen (Edinburgh). Em 1755, Cullen baixou a pressão do éter para facilitar a sua evaporação e acelerar o processo de retirada de calor de uma pequena quantidade de água. Produziu-se, pela primeira vez, gelo artificial. O processo de retirada de calor da água pelo éter era descontínuo, necessitando de constante reposição do éter.

A ASHRAE elaborou uma linha do tempo para mostrar a evolução do setor

Em 1803, Thomas Moore – de Maryland – construiu uma caixa de gelo isolada para transportar a manteiga produzida em sua fazenda, patenteando a palavra “refrigerator”.  Dois anos depois, Oliver Evans, da Philadelphia, descreveu um ciclo de refrigeração fechado usando éter sobre vácuo.

Em 1804 foi criada uma moderna rede de distribuição de gelo natural por Frederic Tudor, que mais tarde ficou conhecido como rei do gelo. Ele percebeu que o gelo natural – disponível em abundância nas geleiras do rio Hudson – podia ser transportado e vendido nas regiões mais quentes.

Em 1880 foram comercializadas mais de 8 milhões de toneladas de gelo. Cidades como Paris, Nova Iorque e Rio de Janeiro, por exemplo, eram abastecidas com regularidade por gelo natural, que era armazenado  nos comércios e residências em geladeiras de madeira.

A falta de confiabilidade da distribuição do gelo natural, que dependia da ocorrência de invernos rigorosos no hemisfério norte, motivou o desenvolvimento de uma máquina de produção de gelo artificial.

Nos Estados Unidos, o médico John Gorrie patenteou em 1851 um sistema de refrigeração de circuito fechado utilizando o ar como fluido refrigerante. Seu objetivo era reduzir a febre dos pacientes.  Diagrama da Patente 8.080 de 6 de maio de 1851

A primeira descrição detalhada de um equipamento para produção de gelo foi patenteada em 1834 por Jacob Perkins  (1766 – 1849).

Mais de 50 anos depois foi construída a primeira máquina de gelo por James Harrison, entre 1856 e 1857. Em 1862, em uma exibição internacional em Londres, Daniel Siebe apresentou este equipamento ao público. Estabelecer quem inventou o refrigerador não é tão simples porque diversos pesquisadores contribuíram para o avanço da área. Muitas foram as patentes requeridas para o refrigerador.

Conforme a cronologia da ASHRAE, além dos inventores citados anteriormente tem-se também John Hague, Alexander Twining, G. Richmann, David Boyle, Franz Windhausen, Carl von LindeFerdinand Carre (refrigeração por absorção de amônia). Einstein também deu sua contribuição patenteando junto com Leó Szilárdem  um refrigerador por absorção em 1930.

Ferdinand Carre introduziu em 1859 o sistema de refrigeração por absorção de água e amônia, no qual a amônia era o refrigerante e a água era o absorvente. A água tem uma forte afinidade pela amônia. Portanto, se o evaporador contendo amônia estiver conectado a um recipiente contendo água, o vapor de amônia será absorvido e uma baixa pressão será criada no evaporador.

Carl von Linde (1842 – 1934) mostrou que o sistema mecânico de compressão de vapor era mais eficiente que o sistema de refrigeração por absorção.

O século XIX marcou a incorporação da ciência como ferramenta estratégica da produção. No início o melhoramento das máquinas ocorreu pela ação de homens práticos. Com a criação das Escolas Politécnicas na França e na Prússia teve início a organização da pesquisa e da produção científica, que deu impulso para a Segunda Revolução Industrial. O desenvolvimento da refrigeração foi acompanhada por avanço nas pesquisas nos campos da eletricidade, aço, petróleo e motores.

Em 1877 o navio a vapor Le Frigorifique transportou com sucesso carne congelada da Argentina para a França, utilizando um equipamento de refrigeração construído a partir dos estudos de Ferdinand Carre.

A descoberta do ciclo de refrigeração e o desenvolvimento da máquina frigorífica abriram o caminho para o uso prático do ar condicionado. Em 1891 Eeastman Kodak instalou o primeiro sistema de ar condicionado em Nova Iorque para armazenamento de filmes fotográficos. Seis anos mais tarde foi patenteado um dos primeiros equipamentos de ar condicionado, por Joseph McCreaty (Estados Unidos). Seu sistema foi denominado lavador de ar (um sistema de resfriamento baseado no borrifamento de água). O cientista norte-americano Willis Haviland Carrier realizou com sucesso o controle de temperatura e umidade ao instalar, em 1906, um equipamento de ar condicionado em uma oficina gráfica.

O primeiro refrigerador doméstico nos moldes atuais surgiu na segunda metade do século XX. O compressor ficava posicionado na parte superior do equipamento.

Até o final da Segunda Guerra Mundial, o condicionamento de ar era utilizado principalmente em aplicações industriais. Posteriormente, iniciou-se o desenvolvimento de sistemas visando ao conforto humano. Os aparelhos de ar condicionado de janela se popularizaram a partir de 1950.

Atualmente, o setor de refrigeração e ar condicionado ocupa um lugar de destaque na vida da civilização. Pode-se utilizar a climatização para controle de poluentes numa sala limpa hospitalar, para congelamento rápido de produtos alimentícios, para armazenamento de frutas e verduras logo após a colheita, para conforto automotivo, para produção de bebidas fermentadas entre outras aplicações. Pode se afirmar que o mundo desenvolvido tornou-se dependente da cadeia global do frio.

Nas últimas décadas, o volume de pesquisas na área aumentou significativamente. Os cloro, flúor, carbonos (CFCs) haviam-se tornado, desde 1920, o refrigerante padrão da indústria devido as suas excelentes características termodinâmicas e químicas. No entanto, desde que, em 1974, foi apresentado um modelo teórico, que previa a destruição de moléculas de ozônio na atmosfera por átomos de cloro oriundos da decomposição de moléculas de CFCs, a comunidade científica passou a expressar preocupação com a continuada liberação desses gases na atmosfera.

A camada de ozônio é fundamental para a vida na Terra, uma vez que protege o planeta da incidência da radiação ultravioleta, causadora de diversas doenças, como catarata, câncer de pele, além da morte dos fitoplânctons, pequenas algas que vivem na superfície dos oceanos e que são responsáveis pela maior parte da produção de oxigênio na atmosfera.

Estas descobertas foram determinantes para a assinatura do Protocolo de Montreal no ano de 1987 e para impulsionar a pesquisa de substitutos destes CFCs, obrigando, também, o desenvolvimento de novos compressores e novos trocadores de calor. Porém, a utilização dos novos fluidos refrigerantes exige maior qualificação dos profissionais da área, pois uma manutenção deficiente implica a contaminação do sistema e a formação de ácidos nocivos aos compressores e aos demais componentes do sistema.

Tanto na refrigeração como no condicionamento de ar, tem sido crescente a preocupação em relação à conservação de energia e, também, com a qualidade do ar interior. Nesse sentido, é cada vez maior a adoção de equipamentos tecnologicamente mais automatizados e de menor consumo,  possibilitando maior eficiência e ambientes mais limpos. Na Figura, tem-se um equipamento de climatização do tipo fan-coil chiller.

Nos últimos anos, a área de refrigeração e climatização no Brasil experimentou um crescimento muito superior ao crescimento do PIB brasileiro. De acordo com a  ABRAVA – Associação Brasileira de Refrigeração, Ar-condicionado, Ventilação e Aquecimento isso se deve principalmente à popularização dos aparelhos splits e ao desenvolvimento da indústria de alimentos congelados. O desperdício de alimentos por falta de refrigeração ainda é um desafio a ser superado. Uma pesquisa do IBGE mostrou que apenas 11% das casas usam sistemas de climatização, o que mostra que ainda é possível se crescer muito, para atingir patamares internacionais.

Atenciosamente,

Prof. Jesué Graciliano da Silva

Para saber mais:

Vídeo da BBC – ZERO ABSOLUTO 

The Stories Our Refrigerators Tell

A Cadeia do Frio

Apresentação 1 – Cadeia do Frio

Apresentação 2 – Armazenagem de alimentos

http://www.williscarrier.com/1876-1902.php

The refrigerator revolution

Refrigeration – a history

História da Refrigeração – videoaula 

 

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