113. Frio mortal

A invenção do frigorífico, o seu funcionamento, a sua ligação à Gasolina, ao Deus nórdico Thor, ao mais cochecido buraco do mundo, a uma das mais importantes matemáticas de sempre e ao químico francês que foi guilhotinado na Revolução Francesa.

   Antes do século XX, as pessoas tinham da diariamente comprar comida fresca ou conservar alguma em sal (ou em açúcar), tarefas que exigiam muito tempo. Até que foi inventado o frigorífico, um dos milagres científicos de que pouco geralmente se sabe. Como funciona, como surgiu, como realiza um feito que se julgava impossível (produzir frio) e a sua concretização é incrível. Não há frio, há apenas níveis diferentes de calor. Poderá parecer uma simples questão de terminologia (pouco calor = frio, pouco frio = calor) mas não é assim. Existe de facto «calor», mas não existe «frio». Este questão foi já abordada no artigo Temperatura invertida: o «calor» é a medida da agitação das moléculas que compõem a substância, é a sua energia. Podem estar muito agitadas ou pouco agitadas, o que corresponde a «mais calor» ou «menos calor». O calor é assim uma forma de energia e, como tal, não pode ser criada nem destruída. Só se pode transferir energia (ou transformá-la noutro tipo de energia) e, por isso, igualmente só se pode transferir calor de um local para o outro. O calor é sempre transferido do corpo mais «quente» para o corpo «menos quente» até que ambos os corpos se encontrem à mesma temperatura e, nessa altura, a transferência de calor pára.

   E se é possível produzir calor, transformando alguma outra forma de energia em calor (a fricção é uma das mais comuns no quotidiano), o frio não se consegue produzir, pois isso equivale a destruir energia, o que é impossível como descrito pela Lei da Conservação de Energia, pela qual energia não pode ser criada ou destruída (um caso particular de um teorema de uma importante matemática do início do século XX de nome Emmy Noether. Um outro caso particular do Teorema de Noether é a Lei da Conservação da Massa de Lavoisier: «Na Natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma»). A única coisa que se pode fazer é aproximar um corpo com menos energia calórica e esperar que a transferência se realize e ambos os corpos fiquem à temperatura média dos dois. Se um estiver a 30ºC e o outro estiver a 10ºC, após a transferência, que não é imediata, poderão ficar ambos a 20ºC, sendo o resultado verdadeiro dependente das características físicas dos dois corpos envolvidos, mas sempre entre as temperaturas dos dois. Por isso, durante muitos anos, a ideia de «produzir frio» parecia ridícula e a noção de um «frigorífico» mais ainda: para se esfriar algo era necessário ter algo mais frio com o qual transferir calor.

   Mas um frigorífico está à temperatura ambiente, liga-se à electricidade e, ao fim de algum tempo, está mais frio do que a temperatura ambiente. Curiosamente um passo fundamental no funcionamento de um frigorífico é a produção de calor. Duas observações físicas são importantes para o funcionamento de um frigorífico: quando um gás evapora absorve calor e quando condensa liberta calor. O frio não é produzido, o calor é que é transferido. Há mais de um método para se conseguir esta extracção de calor mas os frigoríficos domésticos usam geralmente o Ciclo de Compressão de Vapor. Neste método, são necessários 4 componentes fundamentais: um compressor, um condensador, uma válvula de expansão e um evaporador.

   O ciclo começa pela introdução, no compressor, de um gás. Este é comprimido e as suas moléculas são empurradas na direção umas das outras. Esse movimento, que aumenta a pressão do gás, aumenta muito a sua temperatura (a energia da compressão é transformada em calor). Sai então do compressor e entra no condensador, onde é condensado num líquido. Em seguida, é conduzido para a válvula de expansão, onde a sua pressão é abruptamente diminuída. Isto leva a que parte do líquido retorne à forma de gás, livre da pressão a que estava e com menos temperatura do que a que tinha quando iniciou o ciclo (e a que está inicialmente no interior do frigorífico). Em seguida, a mistura de líquido e gás é transportada pelos tubos do evaporador. No exterior desses tubos circula o ar quente existente no frigorífico e que é mantido em circulação por uma ventoínha. A temperatura do ar interior do frigorífico é superior à do gás e do líquido refrigerador e, pelo mesmo processo de transferência de calor, o líquido existente absorve o calor do ar, transforma-se em gás e o ar do frigorífico é esfriado. O gás regressa então ao compressor e o ciclo recomeça. Em pouco tempo, o ar dentro do frigorífico está mais fresco, porque o seu calor foi transferido para o exterior do frigorífico.

   Mais curioso é saber que um processo de refrigeração semelhante a este é conhecido desde o século XVIII (o grande físico auto-didacta Michael Faraday (1791-1867) mostrou como se fazia teoricamente e, na Universidade de Gascow, na Escócia, um primeiro protótipo funcional foi demonstrado ainda no mesmo século). Mas só passados dois séculos é que os primeiros dispositivos verdadeiramente eficazes surgiram (a eletricidade facilitou muito todo o processo). Em 1902, Willis Carrier (1876-1950) inventou o primeiro ar-condicionado (que funcionam por princípios semelhantes aos dos frigoríficos) e, num instante, a invenção do frigorífico comercial surgiu. O primeiro dispositivo de refrigeração foi instalado, no início do século XX, na mansão de um abastado executivo de uma companhia petrolífera nos EUA.

   O primeiro frigorífico vendido comercialmente foi da General Electric, em 1927. Este usava dióxido de enxofre (SO2) como gás refrigerador e muitos dos frigoríficos na altura feitos e vendidos ainda trabalham. O dióxido de enxofre, produzido comercialmente e libertado também em erupções vulcânicas, é um gás (à temperatura ambiente) que provoca irritação nos pulmões, é ainda hoje utilizado como conservante em algumas bebidas alcoólicas e frutas (mantendo artificialmente o seu aspecto mas não impedindo que apodreçam), é utilizado na produção de ácido sulfúrico (H2SO4) e causa a conhecida chuva ácida, destruidora de estátuas e monumentos urbanos.

   Após o uso de dióxido de enxofre como gás «refrigerador», foram introduzidos os clorofluorcarbonetos (os conhecidos CFCs) cujo nome comercial é Fréon. Estes foram inventados, em 1928, por Thomas Midgley (1889-1944), o engenheiro-mecânico que se tornou químico com desastrosas consequências para o meio ambiente. Foi Midgley quem introduziu o primeiro aditivo com chumbo na gasolina, como visto no artigo Compressão explosiva. Da família química dos CFC, para além dos gases usados na refrigeração, contam-se também substâncias como o teflon (politetrafluoroetileno), usado nos revestimentos anti-aderentes dos utensílios de cozinha, ou o PVC (cloreto de polivinil), usado como um plástico de origem não-petrolífera nos tubos onde se alojam os cabos eléctricos domésticos. Apesar de serem da mesma família, não têm os efeitos sobre o ozono que têm os seus «primos», e não só por serem sólidos à temperatura ambiente. As diferenças químicas, apesar das semelhanças, não produz o mesmo efeito.

   Com a descoberta de que os gases CFCs provocavam um grave efeito de estufa e a destruição da camada de ozono, no final da década de 1980 foi assinado o Protocolo de Montreal, com vista à diminuição da libertação de substâncias que destroem a camada de ozono, que entrou em efeito em 1989. Os níveis do ozono (O3) estabilizaram a meio da década de 1990 e começaram a recuperar a partir do ano 2000 e projeta-se que valores anteriores a 1980 sejam alcançados em 2075. Ainda que em Junho de 2016, um estudo publicado na revista Nature mostrou que a recuperação da camada de ozono será só em 2095 por causa das emissões de diclorometano, cujos níveis aumentaram 8% entre 2004 e 2014. Nas palavras do Secretário-Geral da ONU na altura, Kofi Annan, o Protocolo de Montreal “talvez seja o mais bem sucedido acordo internacional de todos os tempos”.

   A palavra ozono vem do verbo grego ὄζειν – ozein – «cheirar» devido aos seu característico cheiro, como o sentido após surgir um relâmpago, de que se falou no artigo A ira de Thor. Após a consciencialização internacional da sua periculosidade, os CFCs foram substituídos por outros gases que não provocam a destruição da camada de ozono. Hoje são utilizados principalmente dois gases não poluentes: o metilpropano – (CH3)2CHCH3 ou o 1,1,1,2-Tetrafluoroetano – CF3CH2F.

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