De la diversité des situations humaines

O processo de resfriamento realizado por condicionadores de ar se assemelha com outros equipamentos de refrigeração como geladeiras e freezers, tendo como diferencial os seus componentes elétricos/mecânicos. Basicamente, a funcionalidade destes é retirar calor de um ambiente fechado para libera-lo em outro. Para conseguir tal feito, o funcionamento da tecnologia integrada nestes equipamentos é baseado na lei física da conversão de fase. Essa afirma que quando um liquido é convertido em um gás, através da evaporação, ele absorve calor do meio em que está localizado. Analogamente, quando o processo inverso ocorre, ou seja, quando o mesmo gás é convertido novamente para seu estado liquido, pelo processo físico de condensação, ele liberará calor para o ambiente.

Capítulo II – Características Gerais de Aparelhos Condicionadores de Ar

________________________________________________________________________________________________ Os condicionadores de ar exploram a conversão de fase através do uso de componentes químicos, naturais ou artificiais, cientificamente classificados como agentes ou fluidos refrigerantes. Esses são os transportadores do calor presente no ambiente interno para o externo e, simplificadamente, evaporam e condensam repetitivamente em um ciclo fechado, denominado como o ciclo da refrigeração. Os agentes utilizados atualmente possuem características que os possibilita mudar seu estado físico a temperaturas relativamente baixas. A figuras 2.1 sintetiza o princípio básico de funcionamento destes equipamentos.

Figura 2.1 - Esquema do ciclo de refrigeração especifico para condicionadores de ar split.

Fonte: [39].

De acordo com a figura 2.1, um ciclo de refrigeração é composto de quatro elementos básicos: o condensador, compressor, evaporador e a válvula de expansão ou tubo capilar. Inicialmente, o compressor recebe o agente refrigerante no estado gasoso com a pressão e a temperatura baixas e o comprime. Como resultado, a temperatura e pressão do gás na saída do compressor aumentam. Ele é então direcionado a unidade condensadora possuindo uma temperatura maior que a do ambiente externo onde ela está efetivamente localizada. Desta forma, para atingir o equilíbrio térmico, o agente cede calor latente ao ambiente com o auxílio de um motor ventilador conectado ao equipamento.

Com a perda de calor para o meio o agente é condensado e atinge o estado físico de liquido saturável. Seguidamente, ele é encaminhado para a válvula de expansão (ou tubo capilar) que altera o seu estado para uma mistura de liquido e vapor, semelhante a gotas de chuva. Na unidade evaporadora a temperatura do agente refrigerante estará menor que a do recinto e, por consequência, ele absorverá o calor latente deste espaço. Por efeito da absorção, o fluido presente na evaporadora aquecerá e vaporizará atingindo novamente o estado de gás. Por fim, ele é direcionado para o compressor onde o ciclo recomeçará.

Capítulo II – Características Gerais de Aparelhos Condicionadores de Ar

________________________________________________________________________________________________ Conforme exemplifica a figura 2.2, é possível também analisar ciclo de refrigeração pelo diagrama de Mollier, definido como um gráfico de pressão por entalpia. Ele descreve o comportamento da entalpia de um determinado agente refrigerante em um sistema termodinâmico. A figura evidencia que, tanto para o sentido de B para C, quanto de D para A ocorre a mudança de estado físico do agente refrigerante sem alteração da pressão. O processo ocorre devido a absorção e liberação do calor latente e é atribuído respectivamente as unidades evaporadora e condensadora do equipamento condicionador de ar. Já para as fases de A para B e de C para D, a pressão é alterada sem que haja necessariamente a mudança de estado físico, processos esses atribuídos ao e compressor e dispositivo de expansão respectivamente.

Figura 2.2 - Exemplo de um diagrama de Mollier para fluidos frigorigéneos.

Fonte: [40].

Os condicionadores de ar podem também ser utilizados para fins de aquecimento em modelos específicos que possibilitam o ciclo de refrigeração reverso. Quando o equipamento está em modo de aquecimento, com a atuação de uma válvula reversora, as serpentinas da evaporadora simplesmente trocam de função com as serpentinas da condensadora e produzem calor ao mesmo tempo que a unidade externa descarrega o ar frio no ambiente. Basicamente, o fluxo do agente refrigerante é alterado, sendo ele, portando, enviado primeiro para o dispositivo de expansão, depois para o condensador, compressor e finalmente volta para o evaporador. Dependendo das condições climáticas da área, a escolha do equipamento condicionador de ar pode satisfazer ambas as funções, com uma

Capítulo II – Características Gerais de Aparelhos Condicionadores de Ar

________________________________________________________________________________________________ eficiência energética maior do que aquecedores elétricos ou sistemas alimentados por queima de combustíveis fosseis. A figura 2.3 ilustra o ciclo reverso para um condicionador de ar split.

Figura 2.3 - Esquema do ciclo de refrigeração reverso para um condicionador de ar split.

Fonte: [41].

Uma forma menos comum, simples e econômica para o condicionamento de ar é a chamada climatização evaporativa. O sistema é composto por um ventilador, painel evaporativo, bomba de água e um cano distribuidor de água. Sua composição é ilustrada na figura 2.4. O ventilador atua atraindo o ar externo para o interior do painel evaporativo onde a água circula continuadamente em função da atuação da bomba. Dentro do painel, ocorrem as trocas de calor entre o ar quente e a água. A água recebendo calor, evapora e fornece maior umidade ao ar resfriado. Posteriormente, a água é reposta pela bomba e tem o seu nível constante favorecendo as trocas de calor durante todo o processo[42], [43].

Figura 2.4 - Condicionamento de ar pela climatização evaporativa.

Capítulo II – Características Gerais de Aparelhos Condicionadores de Ar

________________________________________________________________________________________________ Outro tipo de condicionamento tipicamente usado no setor comercial, é conhecido como “thermally driven” ou chiller. Os chillers são largos condicionadores de ar que produzem água gelada e a transporta para uma estrutura chamada de “Air Handlers”. Essa, por sua vez, constitui de uma caixa larga de metal contendo ventiladores, ou elementos para aquecimento ou resfriamento. Ela é a responsável por regular a temperatura e circulação do ar e o distribuem por um edifício ou complexo por meio de tubulações. Os compressores destes equipamentos costumam variar entre os tipos alternativos, parafusados ou centrífugos. O ciclo de trabalho de um equipamento chiller é mostrado na figura 2.5. Eles funcionam geralmente por eletricidade, embora possam também ser alimentados por gás natural ou outras fontes de calor, como o calor excessivo industrial ou energia solar térmica.

Figura 2.5 - Esquema simplificado do funcionamento de um sistema de refrigeração chiller.

Fonte:[44].