Refrigeração – Ar condicionado – Parte final
Continuação.
Equipamentos de refrigeração do ar
Esquema de um ar condicionado do sistema VRV
.
Cada sistema de ar condicionado, inclui equipamentos de refrigeração destinados a arrefecer e a desumidificar o ar a ser tratado ou para resfriar a água que é enviada para as unidades de tratamento de ar. Todos estes sistemas funcionam com base no ciclo de refrigeração.
Segundo o tipo dos seus equipamentos de refrigeração do ar, os sistemas de ar condicionado classificam-se em dois grandes grupos: de expansão direta e de expansão indireta (água refrigerada). [13]
Expansão direta
Os equipamentos de expansão direta caraterizam-se por disporem de serpentinas onde expande um fluido refrigerante - absorvendo calor e arrefence o espaço em redor - que são atravessadas pelo ar a tratar, o qual é refrigerado pelo contato direto com elas.
Podem ser usados equipamentos compactos autocontidos que são aqueles que reúnem, numa única caixa ou unidade, todas as funções requeridas para o funcionamento do ar condicionado. A totalidade do ciclo de refrigeração é realizada no interior da caixa do equipamento. Exemplos destes tipos de aparelhos, são os comuns ares condicionados individuais de janela ou os do tipo roof top unit (unidades compactas de cobertura) ou RTU com maior capacidade, que permitem a distribuição de ar mediante condutas.
Os equipamentos split (separado) diferenciam-se dos sistemas compactos por estarem divididos em duas unidades ou caixas separadas, uma situada no exterior e outra no interior do local a climatizar. Esta separação tem como objetivo dividir as fases do ciclo de refrigeração, ficando a fase de evaporação no interior e a fase de condensação no exterior. Ambas as unidades estão unidas entre si, através de tubos por onde circula o refrigerante.
Os sistemas multi split constituem uma variante dos sistemas split. Dispõem de uma única unidade de condensação exterior, à qual se podem ligar duas ou mais unidades de evaporação interiores. Desenvolveram-se equipamentos deste tipo que permitem colocar um grande número de unidades de evaporação, mediante a regulação do fluido refrigerante, as quais são conhecidas por "VRV (volume de refrigerante variável)".
Todos estes sistemas empregam ventiladores para fazerem circular o ar que arrefece o condensador e o ar que é tratado e arrefecido para ser introduzido no interior. Também existem sistemas refrigerados a água, nos quais a condensação do refrigerante é produzida mediante água em circulação através de bombas e tubagens, empregando uma torre de arrefecimento. [11] [13]
Expansão indireta
Este tipo de sistema utiliza unidades de produção de água refrigerada (chillers), água essa que é distribuída pelos vários equipamentos de tratamento do ar, como as UTA, as UTAN ou os ventiloconvectores (fan-coils). Nestes equipamentos, existe uma serpentina - por onde circula a água fria - que é atravessada pelo ar a tratar, que em contacto com ela arrefece. [11] [13]
Sistemas com caraterísticas especiais
Ares condicionados de automóveis
Chrysler Imperial de 1953 com ar condicionado de série.
Hoje em dia, muitos modelos de automóveis estão equipados com um sistema de ar condicionado, projetado de modo a dar uma maior sensação de conforto ao condutor e aos passageiros, durante as desconfortáveis viagens quentes e úmidas dentro de um veículo. Tem havido muito debate e discussão sobre o que o ar condicionado provoca em termos de eficiência no consumo de combustível de um veículo. Fatores como a resistência do vento, a aerodinâmica, a potência do motor e o peso do veículo têm que ser tidos em conta na busca pelo impacto real que o uso ou não uso do ar condicionado tem sobre o consumo de combustível. Outros factores, como o sobreaquecimento do motor de um veículo, também têm um impacto no sistema de arrefecimento do mesmo.
A Packard foi o primeiro fabricante de automóveis do mundo a introduzir ares condicionados nos seus carros, a partir de 1939. Estes ares condicionados eram opcionais e podiam ser instalados através de um pagamento adicional de 274 doláres (correspondendo a cerca de 4000 dólares ou 3000 euros atuais). O sistema ocupava metade de todo o espaço da bagageira, não sendo muito eficienete, sem termostato nem mecanismo de automático para desligar. A opção de ar condicionado foi descontinuada depois de 1941.
A maioria dos ares condicionados disponíveis para automóveis usavam um sistema de aquecimento separado e um compressor montado no motor, acionado pela cambota através de uma correia, com um evaporador instalado na bagageira para distribuir o ar refrigerado através de respiradouros na traseira e no teto do habitáculo de passageiros. Na década de 1950, foram desenvolvidos sistemas de ares condicionados totalmente montados na parte frontal dos automóveis. [14][15][16][17][18]
Ares condicionados portáteis
Unidade exterior de um ar condicionado portátil, usado para climatizar uma tenda.
Um aparelho portátil de ar condicionado conisiste num equipamento montado sobre rodas, o que lhe permite ser facilmente deslocado de um lado para o outro, dentro de uma casa ou escritório. Existem atualmente aparelhos portáteis com potências entre as 6000 e as 60 000 Btu/h (1800 - 18 000 W), que podem ou não incluir resistências elétricas de aquecimento. Os ares condicionados portáteis podem ser refrigerativos ou evaporativos.
Os aparelhos portáteis de ar condicionado refrigerativo podem ser de dois tipos: de split ou de mangueira. Estes sistemas funcionam com um refrigerante baseado num compressor, sendo arrefecidos a ar, o que significa que usam o ar para a permuta de calor, da mesma forma que um ar condicionado típico de um automóvel ou doméstico. Um sistema desses desumidifica o ar ao mesmo tempo que o arrefece. Recolhe a água condensada do ar arrefecido e produz ar quente que deverá ser ventilado para fora do espaço a climatizar. Ao fazer isso, transfere o calor do ar do espaço climatizado para o ar exterior.
Um sistema split portátil inclui uma unidade interior assente sobre rodas, ligada a uma unidade exterior - semelhante às unidades exteriores dos sistemas split fixos - através de tubos flexíveis.
Nos sistemas baseados em mangueira - que podem ser ar-ar ou monobloco - o ar é ventilado com o exterior através de uma conduta flexível em forma de mangueira. Nos sistemas monobloco, a água é recolhida num balde ou tabuleiro que, quando cheio, provoca a paragem do sistem. No sistema ar-ar, a água é re-evaporada e descarregada através de um esgoto de condensados, o que lhe permite funcionar continuamente. Nos sistemas de conduta única, o ar é retirado ao espaço climatizado para arrefecer o condensador, ventilando-o depois para o exterior. Este ar é substituído por ar mais quente do exterior ou de outros espaços, reduzindo assim a eficiência da climatização. Os aparelhos mais modernos, poderão ter um coeficiente de desempenho ("eficiência") de aproximadamente 3, ou seja, 1 kW de eletricidade irá produzir 3 kW de arrefecimento. Nos sistemas de dupla conduta, o ar utilizado para arrefecimento do condensador é retirado ao exterior e não ao espaço climatizado, existindo assim mais eficiência que nas unidades de conduta única.
Os sistemas evaporativos não dispôem de compressor nem de condensador. A água líquida é evaporada através das serpentinas de arrefecimento, libertando vapor para o espaço climatizado. A água em evaporação absorve uma quantidade significativa de calor (calor latente de evaporação), arrefecendo o ar. Este sistema é semelhante ao mecanismo natural dos humanos e de outros animais, que se arrefecem através da transpiração. As desvantagens deste sistema são que, a não ser que a umidade seja reduzida, o arrefecimento é limitado, sendo o ar arrefecido bastante úmido, o que pode provocar a sensação de frio. As suas grandes vantagens são os factos de não necessitarem de condutas de ventilação para o exterior, tornando-os verdadeiramente portáteis, de terem uma instalação mais fácil e económica e de consumirem menos energia que os sistemas refrigerativos.
Bombas de calor
É designado "bomba de calor" um tipo de sistema de ar condicionado no qual o ciclo de refrigeração é reversível, podendo produzir calor em vez de frio no interior do espaço climatizado. Este tipo de sistema é também referido como "ar condicionado de ciclo inverso". Usar um ar condicionado desta forma, para produzir calor, é significativamente mais eficiente que o aquecimento realizado através de resistências elétricas. Os proprietários de algumas casas optam por instalar um sistema de bomba de calor que, na prática, consiste num sistema de ar condicionado central que inclui a funcionalidade de bomba de calor, utilizada com o ciclo inverso no inverno. Quando a bomba de calor é ativada, a serpentina de evaporação interior muda de função e torna-se serpentina de condensação, passando a produzir calor. A unidade de condensação exterior também muda de função, para servir de evaporadora, produzindo ar frio.
As bombas de calor são mais populares nas regiões com temperaturas moderadas (4 °C - 13 °C), uma vez que, com temperaturas extremamente frias, se tornam ineficientes. Isto acontece devido à formação de gelo que ocorre na serpentina exterior, que leva ao bloqueio do fluxo do ar através da mesma. Para compensar isto, um sistema de bomba de calor terá que ser reinvertido para o modo de ciclo regular, tornando a serpentina exterior a funcionar como condensadora para aquecer o gelo e descongelá-lo. Um sistema destes teria assim que estar equipado com uma resistência elétrica de aquecimento interior, que seria ativada apenas quando o modo de ciclo regular funcionasse, de modo a compensar e neutralizar a entrada de ar frio. O problema do congelamento torna-se muito mais prevalecente com temperaturas exteriores mais baixas. Assim, frequentemente, as bomas de calor são instaladas em série com sistemas mais convencionais de aquecimento, como são o caso das caldeiras a gás natural, as quais podem ser usadas em susbituição das bombas de calor, durante as temperaturas mais severas de inverno. este caso, a bomba de calor é usada eficientemente durante as temperaturas moderadas, sendo o sistema mudado para o aquecimento convencional nas temperaturas mais baixas.
As bombas de calor de absorção são, na realidade, uma espécie de bombas de calor de fonte de ar, mas não dependem da eletricidade para funcionar. Em vez disso, o gás, a energia solar ou a água aquecida são usados como fonte principal de energia. Além disso, não é usado nenhum refrigerante no processo. Para extrair calor, uma bomba de aborção absorve amónia na água. A seguir, a mistura de água e amónia é pressurizada para se induzir a ebulição da amónia.
Alguns aparelhos de ar condicionado de janela mais dispendiosos incluem a função de bomba de calor. Contudo, uma unidade de janela com a função de aquecimento pode não estar necessariamente equipada com uma bomba de calor e sim com uma resistência elétrica de aquecimento. [19]
Referências
- ↑ NEEDHAM, Joseph, Science and Civilization: Volume 4, Physics and Physical Technology, Part 2, Mechanical Engineering, Taipei: Caves Books Ltd., 1986
- ↑ LINDSAY, James E., Daily Life in the Medieval Islamic World, Greenwood Publishing Group, 2005
- ↑ KING, David A., "Architecture and Astronomy: The Ventilators of Medieval Cairo and Their Secrets", Journal of the American Oriental Society 104 (1), 1984
- ↑ ALDER, Dennis, Packard, MBI Publishing Company,2004
- ↑ NUNNEY, Malcolm J., Light and Heavy Vehicle Technology, Elsevier Science & Technology Books, 2006
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