fludios criogênicos
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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS
CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA
MÁQUINAS TÉRMICAS E DE FLUIDOS
WAGNER RESENDE SANTOS
FLUIDOS UTILIZADOS EM CRIOGENIA
BELO HORIZONTE
2011
1 DESENVOLVIMENTO
1.1 Criogenia
A criogenia é um ramo da físico-química que foca a obtenção de temperaturas muito
baixas (abaixo de -150°C), principalmente até a temperatura de ebulição do nitrogênio
líquido, devido à grande utilização desse elemento químico no ramo da criogenia. Além
das escalas de temperatura comuns, como Celsius, Fahrenheit e Kelvin, os criogenistas
também usam muito a escala de temperatura Rankine. Quando liquefeitos, gases como o
nitrogênio e o hélio são usados em muitas aplicações criogênicas. O nitrogênio líquido é
o elemento mais utilizado no ramo da criogenia. O hélio líquido geralmente também é
muito utilizado, e pode alcançar temperaturas ainda mais baixas que o nitrogênio.
A criogenia também é utilizado em um outro ramo, a criobiologia, que é o estudo de
baixas temperaturas em organismos, muito utilizada na prática de congelar cadáveres
para preservá-los por mais tempo.
O armazenamento de fluidos criogênicos é feito em recipientes especiais conhecidos
como frascos de Dewar. Os frascos de Dewar foram nomeados em homenagem ao seu
inventor, James Dewar, o primeiro homem a liquefazer o hidrogênio. Veja a seguir a
figura de um frasco de Dewar:
Figura 1: Frasco de Dewar.
1.2 Fluidos utilizados em criogenia
Neste trabalho, serão abordados alguns fluidos que podem ser utilizados em criogenia e
suas aplicações específicas.
1.2.1 Nitrogênio líquido
O nitrogênio líquido é o fluido mais utilizado na criogenia. Nas condições ambientes é
encontrado no estado gasoso, condensa a aproximadamente -196°C e solidifica a
aproximadamente -210°C. Aplicações criogênicas do nitrogênio líquido:
- Congelamento e transporte de alimentos.
- Na medicina, para conservação de corpos e células reprodutivas sexuais, sangue,
tecidos, bactérias etc.
- Na indústria: rebarbação de peças de borracha; moagem de plásticos, borracha ou
temperos; resfriamento do núcleo na fabricação de mangueiras;inserção de peças
metálicas; congelamento de solos na construção civil; resfriamento na extrusão de perfis
metálicos; remoção de tintas e vernizes.
- Na computação: como um refrigerante suplementar para o overclocking de unidades
centrais de processamento (CPUs) e unidades de processamento gráfico (GPUs), ou
outro tipo de hardware.
- na crioterapia, para remover lesões maliginas da pele incipientes ou potenciais tais
como verrugas.
- refrigeração de um supercondutor de altas-temperaturas para uma temperatura
suficiente para obter a supercondutividade.
Veja na figura 2 a seguir um sistema de refrigeração a nitrogênio líquido utilizado para
fazer overclock em um CPU:
Figura 2: refrigeração a nitrogênio líquido na computação.
1.2.2 Argônio líquido
Isolado pela primeira vez em 1894 por Lord Rayleigh e Sir Willian Ramsay, o argônio
está presente na atmosfera e constitui 93% do volume do ar que respiramos. Seu ponto
de fusão é de -189,3°C e seu ponto de ebulição é -185,7°C.
Devido ao fato de ser um fluido criogênico muito caro (pois ele é encontrado em
pequenas quantidades no ar, sendo que essa é a sua única forma de extração), o argônio
não é muito utilizado na criogenia. Ele é utilizado em outras situações, tais como:
soldagem em arco elétrico; fabricação de titânio e outros elementos químicos reativos;
fabricação de monocristais (partes cilíndricas formadas por uma estrutura cristalina
contínua de silício e germânio para componentes semicondutores); para a datação de
núcleos de gelo e águas subterrâneas; para preencher lâmpadas encandescentes, por não
reagir com o filamento; misturado com CO2 e Nitrogênio, é utilizado, no combate a
incêndios, como agente extintor em centrais de computação ou equipamentos
eletrônicos de alto valor.
1.2.3 Neônio líquido
É o segundo gás nobre mais leve, apresentando um poder de refrigeração, por unidade
de volume, 40 vezes maior que o do hélio líquido. Tem ponto de fusão de -248,6°C e
ponto de ebulição de -246°C.
O uso de neônio líquido como como fluido criogênico não é muito grande por ser muito
caro. Tomando-se como unidade o preço relativo de 0,1 m3 de nitrogênio, o hidrogênio
vale aproximadamente duas vezes mais.
O maior caso de utilização do neônio líquido na criogenia é para resfriar os sensores
ultra-sensíveis de infravermelho.
REFERÊNCIAS
http://www.brasilescola.com/quimica/gas-neonio.htm
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc09/elemento.pdf
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAiU8AK/dieletricos-gasosos
http://www.gamagases.com.br/Argonio2.pdf
http://www.nitrothel.com.br/nitrogenio-liquido.php
http://www.mixandi.com.br/nitrogenio-liquido.php
http://www.brasilescola.com/quimica/criogenia.htm
http://oarquivo.com.br/index.php?
option=com_content&view=article&id=1174:criogenia&catid=71:ciencia-e-
tecnologia&Itemid=62