Ar condicionado

Nota: o termo "ar condicionado" refere-se a qualquer forma de "Aquecimento, ventilação e ar condicionado". Este artigo trata especificamente de unidades usadas como parte de um sistema de resfriamento.

Um ar condicionado é um sistema ou uma máquina que trata o ar em uma área definida, geralmente fechada, através de um ciclo de refrigeração no qual o ar quente é removido e substituído por ar mais frio.

Na construção, um sistema completo de aquecimento, ventilação e ar condicionado é chamado de HVAC. Seja em casas, escritórios ou veículos, sua finalidade é proporcionar conforto alterando as propriedades do ar, geralmente através do resfriamento do ar interno.

A seção externa de uma unidade genérica de ar condicionado de uma sala. Para facilidade de instalação, as unidades são normalmente instaladas em janelas ou, como nesta fotografia, um furo na parede
A seção externa de uma unidade genérica de ar condicionado de uma sala. Para facilidade de instalação, as unidades são normalmente instaladas em janelas ou, como nesta fotografia, um furo na parede

A seção interna da mesma unidade. O painel frontal balança para baixo para revelar os controles.
A seção interna da mesma unidade. O painel frontal balança para baixo para revelar os controles.

História

No século XIX, o cientista e inventor britânico Michael Faraday descobriu que comprimir e liquefazer a amônia poderia resfriar o ar quando a amônia liquefeita fosse permitida a evaporar.

Em 1842, o médico americano Dr. John Gorrie usou a tecnologia de compressores para criar gelo, que ele usava para resfriar o ar de seus pacientes. Ele esperava eventualmente usar sua máquina de fazer gelo para regular a temperatura dos edifícios e até mesmo considerar o resfriamento de cidades inteiras com um sistema de unidades de ar condicionado centralizado.

Aplicações de ar condicionado

Os engenheiros de ar condicionado dividem amplamente as aplicações de ar condicionado em conforto e processo.

As aplicações de conforto visam proporcionar um ambiente interno que permanece relativamente constante em uma faixa preferida pelos humanos, apesar das mudanças nas condições climáticas externas ou nas cargas de calor internas.

As aplicações de processo visam proporcionar um ambiente adequado para um processo industrial ou comercial, independentemente das cargas térmicas internas e das condições climáticas externas. Embora freqüentemente na mesma faixa de conforto, são os requisitos do processo que determinam as condições, não a preferência humana. As aplicações de processo incluem:

  • Salas cirúrgicas hospitalares nas quais o ar é filtrado a níveis elevados para reduzir o risco de infecção e a umidade é controlada para limitar a desidratação do paciente. Embora as temperaturas estejam frequentemente na faixa de conforto, alguns procedimentos especializados, como a cirurgia de coração aberto, requerem temperaturas baixas (cerca de 18 °C, 64 °F), e outros, como as temperaturas relativamente altas neonatais (cerca de 28 °C, 82 °F).
  • Salas limpas para a produção de circuitos integrados e produtos farmacêuticos etc. nas quais são necessários níveis extremamente altos de limpeza do ar e controle de temperatura e umidade para o sucesso do processo.
  • Instalações para criação de animais de laboratório. Como muitos animais normalmente só se reproduzem na primavera, mantê-los em salas que espelham as condições da mola pode levá-los a reproduzir-se durante todo o ano.
  • Ar condicionado para aeronaves. Embora nominalmente destinado a proporcionar conforto aos passageiros e o resfriamento dos equipamentos, o ar condicionado da aeronave apresenta um processo especial devido à baixa pressão de ar fora da aeronave.

Outros exemplos incluem:

  • Centros de processamento de dados
  • Fábricas têxteis
  • Instalações de testes físicos
  • Plantas e áreas de cultivo agrícola
  • Instalações nucleares
  • Minas
  • Ambientes industriais
  • Áreas de cozimento e processamento de alimentos

Tanto em aplicações de conforto como de processo, o objetivo não é apenas controlar a temperatura (embora em algumas aplicações de conforto isso é tudo que é controlado), mas também fatores como umidade, movimento do ar e qualidade do ar.

Noções básicas e teorias sobre sistemas de ar condicionado

Ciclo de refrigeração

No ciclo de refrigeração, uma bomba transfere calor de uma fonte de temperatura mais baixa para um dissipador de calor de temperatura mais alta. O calor fluirá naturalmente na direção oposta. Este é o tipo mais comum de ar condicionado. Um sistema de ar condicionado refrigerado funciona de forma muito semelhante ao bombeamento de calor para fora da sala em que se encontra.

Este ciclo aproveita a lei universal do gás PV = nRT, onde P é pressão, V é volume, R é a constante universal do gás, T é temperatura e n é o número de moléculas de gás (1 molécula = 6,022×1023 moléculas).

O ciclo de refrigeração mais comum utiliza um motor elétrico para acionar um compressor. Em um automóvel, o compressor é acionado por uma polia no virabrequim do motor, com ambos utilizando motores elétricos para circulação de ar. Como a evaporação ocorre quando o calor é absorvido, e a condensação ocorre quando o calor é liberado, os condicionadores de ar são projetados para usar um compressor para causar mudanças de pressão entre dois compartimentos, e bombear ativamente um líquido refrigerante ao redor de um sistema fechado. O líquido refrigerante ou refrigerante é bombeado para o compartimento refrigerado (a serpentina do evaporador). A baixa pressão faz com que o refrigerante evapore, levando o calor com ele. No outro compartimento (o condensador), o vapor refrigerante é comprimido e forçado através de outra serpentina de troca de calor, condensado em um líquido que então rejeita o calor previamente absorvido do espaço resfriado.

Um diagrama estilizado simples do ciclo de refrigeração: 1) serpentina de condensação, 2) válvula de expansão, 3) serpentina do evaporador, 4) compressor.
Um diagrama estilizado simples do ciclo de refrigeração: 1) serpentina de condensação, 2) válvula de expansão, 3) serpentina do evaporador, 4) compressor.

Implicações para a saúde

O ar condicionado tem tanta influência na saúde humana quanto qualquer sistema de aquecimento genérico. Sistemas de ar condicionado mal mantidos (especialmente sistemas grandes e centralizados) podem ocasionalmente promover o crescimento e a propagação de microorganismos como a Legionella pneumophila, o agente infeccioso responsável pela doença do Legionário. O ar condicionado pode ter um efeito positivo sobre as pessoas que sofrem de alergias e asma.

Em ondas de calor sérias, o ar condicionado pode salvar a vida dos idosos. Algumas autoridades locais criaram até mesmo centros de resfriamento públicos para o benefício daqueles sem ar condicionado em casa.

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