CONDICIONADORES DE AR

    Você já presenciou um daqueles dias em que a temperatura era bastante alta, em torno dos 40 graus Celsius? Já tivestes a idéia de acabar com seu sofrimento indo passear no shopping ou naquele grande supermercado? Nem precisas comprar nada mas desfruta do conforto naqueles ambientes climatizados a 22  graus Celsius. Esse conforto, em termos de temperatura, vem graças a uma máquina térmica denominada condicionador de ar.

Figura 1: Autor se refrescando...

     O condicionamento de ar diz respeito à manutenção ou condicionamento do ar, ou a algumas de suas propriedades como umidade, velocidade do ar, filtragem e purificação por exemplo, em algum espaço restrito. Esse equipamento pode ser empregado em duas aplicações: uso industrial ou conforto humano. As instalações básicas do condicionamento de ar para conforto humano encontram-se em casas, escolas, escritórios, igrejas, lojas, fábricas, ônibus, automóveis, aviões, trens, navios, etc. Quanto às instalações industriais, algumas das funções do sistema industrial são:

• controle de temperatura;

• controle de teor de umidade de materiais;

• taxa de reações químicas ou bioquímicas;

• limitar a dilatação de artigos de precisão;

• garantir pureza para o ar filtrando-o.

     Aqui abordaremos essencialmente o condicionamento de ar para o conforto humano. Cabe ao leitor pensar em outras situações onde cada um dos ítens relacionados acima podem ser aplicados. Assim o condicionador de ar é um tipo de máquina térmica que tem como objetivo efetuar trocas de energia térmica entre dois meios distintos: um de alta temperatura com outro de baixa temperatura, controlar a umidade e realizar a filtragem do ar no ambiente condicionado.

     Inicialmente tomaremos como prioridade entender o funcionamento de um condicionador de ar em seus princípios básicos. Pensando no condicionador de ar residencial, o objetivo da sua instalação é proporcionar um ambiente agradável para sua utilização. Num dia quente, por exemplo, o aparelho retira energia térmica do ambiente condicionado, fazendo com que sua temperatura diminua. Essa energia térmica retirada é transferida ao ambiente externo. A diminuição de temperatura causa um conforto térmico para o usuário. O princípio parece bem simples então vejamos mais detalhadamente como ocorre no interior do aparelho essa retirada de energia, estudando como se dá o ciclo frigorígeno de um condicionador:

      O evaporador e o condensador são elementos constituídos de canos de cobre introduzidos no interior de uma grande quantidade de chapas finas e paralelas de alumínio. Essas finas chapas tem a função de distribuir a energia térmica por condução aumentando a superfície de contato dos "trocadores de energia térmica" (tanto o evaporador quanto o condensador são popularmente assim conhecidos). Assim o ar quando passa por essas chapas recebe ou cede energia térmica para os trocadores numa área de contato maior ajudando no ciclo.

     Em outros tipos de condicionadores, a condensação do sistema se dá por fluxo de água ao invés do ar propriamente. Esses sistemas já são mais comuns em aparelhos de grande capacidade, utilizados em unidades centrais de refrigeração. Os condicionadores de shoppings e de grandes supermercados funcionam com ciclos de água. Existe uma central que refrigera a água (baixa sua temperatura) e esta é levada numa tubulação adiabática (termicamente isolada) até um evaporador. A água flui no interior do evaporador e uma turbina força a passagem do ar por ele, resfriando o mesmo. Esse sistema é denominado de condicionamento por central de água gelada.

     A temperatura do ambiente é controlada por um termostato. Este é um dispositivo capaz de manter a temperatura interna do ambiente a fim de proporcionar o conforto devido. Quando o ambiente interno atinge a temperatura desejada, o termostato desliga o compressor cessando o ciclo. Ao subir a temperatura novamente o termostato aciona o compressor a fim de restabelecer o ciclo frigorígeno.

     Mas você pode estar pensando como ocorre a inversão do sistema no caso de querermos aquecer o ambiente interno. Bom para isso existe uma peça denominada válvula de reversão. Essa válvula é acionada no inverno e altera mecanicamente a direção do fluxo de gás refrigerante alternando entre o evaporador e o condensador. No inverno o ciclo é inverso ao ciclo do verão. Daí temos que alguns condicionadores de ar são denominados condicionadores de ciclo reverso.

Figura 2: Detalhamento da Válvula Reversora

     Curiosamente os condicionadores são comercializados com o ciclo reverso nos estados do Sul do Brasil onde a umidade relativa do ar é bastante alta e a sensação térmica das temperaturas de inverno é muito baixa.

     Você conhece o funcionamento dos refrigeradores? Quais as semelhanças e diferenças com os condicionadores de ar? Eles seriam também máquinas térmicas?

• SEARS, F. W.,ZEMANSKY, M. W. Física. Brasília, v.2, Ed Universidade de Brasília, 1973.