Como funciona o ar condicionado

Autor: 
Marshall Brain
ar-condicionado

Quando a temperatura externa começa a subir, muitas pessoas procuram o conforto do ar condicionado. Assim como as caixas de água e as linhas de alta tensão, um ar condicionado é uma daquelas coisas que vemos todos os dias, mas raramente prestamos atenção.

Não seria interessante saber como estas máquinas funcionam? Neste artigo, examinaremos o ar condicionado, tanto os pequenos quanto os grandes.

 


O ar condicionado de janela

As muitas faces da refrigeração
Os condicionadores de ar estão disponíveis em vários tamanhos, capacidades de resfriamento e preços. Um modelo que vemos a todo momento, é o ar condicionado de janela, como esse acima.

A maioria dos prédios de escritório têm uma unidade condensadora nos telhados. Os shopping centers bem como um aeroporto podem ter de 10 a 20 unidades condensadoras escondidas no telhado:

Olhando atrás dos hospitais, universidades e complexos de escritório, encontraremos grandes torres de resfriamento conectadas a sistemas de ar condicionado.

Mesmo que cada uma destas máquinas tenha uma aparência distinta, todas funcionam sob os mesmos princípios. Vamos ver mais de perto:

A idéia básica
Um ar condicionado é basicamente uma geladeira sem seu gabinete. Ele usa a evaporação de um fluido refrigerante para fornecer refrigeração. Os mecanismos do ciclo de refrigeração são os mesmos da geladeira e do ar condicionado. O termo Fréon é genericamente usado para qualquer dos vários fluorcarbonos não inflamáveis utilizados como refrigerantes e combustíveis nos aerossóis.



Diagrama de um ar condicionado 

 

É assim que funciona o ciclo de refrigeração em um ar condicionado (veja Como funcionam as geladeiras para detalhes completos deste ciclo):

  1. O compressor comprime o gás frio, fazendo com que ele se torne gás quente de alta pressão (em vermelho no diagrama acima).
  2. Este gás quente corre através de um trocador de calor para dissipar o calor e se condensa para o estado líquido.
  3. O líquido escoa através de uma válvula de expansão e no processo ele vaporiza para se tornar gás frio de baixa pressão (em azul claro no diagrama acima).
  4. Este gás frio corre através de trocador de calor que permite que o gás absorva calor e esfrie o ar de dentro do prédio.

Misturado com o fluido refrigerante, existe uma pequena quantidade de um óleo de baixa densidade. Esse óleo lubrifica o compressor.

Aparelhos de janela
Um aparelho de ar condicionado de janela constitui um sistema completo de condicionamento de ar para locais pequenos. Estas unidades são fabricadas em tamanhos suficientemente pequenos, para que se encaixem em uma janela padrão. Se você abrir o compartimento de um ar condicionado de janela, verá que ele contém:

  • um compressor
  • uma válvula de expansão
  • um condensador (do lado de fora)
  • um evaporador (do lado de dentro)
  • dois ventiladores
  • uma unidade de controle

Os ventiladores sopram ar sobre os trocadores de calor para melhorar a sua capacidade de dissipar calor (para o ar exterior) e frio (para o ambiente ser resfriado).

BTU e EER
A maioria dos condicionadores de ar têm a sua capacidade classificada em Unidade de Calor Britânica (BTU). De forma geral, uma BTU é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 0,45 kg de água em 0,56º C. Especificamente, 1 BTU é igual a 1,055 Joules. Em termos de aquecimento e refrigeração, uma tonelada de refrigeração equivale a 12 mil BTU.

Um ar condicionado normal de janela pode ter uma capacidade de 10 mil BTU. Para comperação: uma casa de 185 m2 pode ter um sistema de ar condicionado de 5 toneladas (60 mil BTU) de refrigeração, supondo que você precise de cerca de 300 BTU por m2. Perceba que estas são estimativas aproximadas. Para dimensionar um condicionador de ar para as suas necessidades específicas, contate um profissional especializado em equipamentos de HVAC - aquecimento, ventilação e ar condicionado.

A classificação da eficiência enérgica (EER) de um ar condicionado é a sua capacidade em BTU dividida pelo seu consumo. Se, por exemplo, um ar condicionado de 10 mil BTU consome 1.200 watts, o seu EER é de 8,3 (10 mil BTU/1.200 watts). Obviamente, você vai querer que o EER seja o mais alto possível, mas normalmente um EER maior é acompanhado de um preço também maior.

Vamos supor que você tenha que escolher entre dois aparelhos de 10 mil BTU. Um deles possui EER de 8,3 e consome 1.200 watts, enquanto o outro tem EER de 10 e consome 1.000 watts. Vamos também supor que a diferença de preço seja de R$ 100. Para decidir se vale a pena comprar o mais caro, você precisará saber:

  1. Aproximadamente quantas horas por ano vai usá-lo
  2. Quanto custa um quilowatt-hora na sua região

Vamos dizer que você planeje usar o ar condicionado no verão (quatro meses por ano) e que ele funcionará cerca de seis horas por dia. Imaginemos também que o custo da energia na sua região é de R$ 0,10/kWh. A diferença no consumo de energia entre os dois aparelhos é de 200 watts, o que significa que a cada cinco horas, o aparelho mais barato consome 1 quilowatt a mais, e portanto, R$ 0,10 a mais, do que o aparelho mais caro.

Supondo que sempre existam 30 dias em um mês, você chegará a seguinte conclusão:

 

4 meses x 30 dias/mês x 6 horas/dia = 720 horas

[(720 horas x 200 watts) / (mil watts/kW)] x R$ 0,10/kWh = R$ 14,40

Como os aparelhos mais caros custam US$ 100 a mais, isto significa que levará sete anos para compensar a diferença de preço entre os dois aparelhos.