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