Refrigeração – Ar condicionado – Parte 1

Condicionamento de ar

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Aparelho de ar condicionado.

O condicionamento de ar é o processo de tratamento do ar interior em espaços fechados. Esse tratamento consiste em regular a qualidade do ar interior, no que diz respeito às suas condições de temperatura, umidade, limpeza e movimento. Para tal, um sistema de condicionamento de ar inclui as funções de aquecimento, arrefecimento, umidificação, renovação, filtragem e ventilação do ar. A função de desumidificação está normalmente associada à de arrefecimento. Alguns sistemas especiais podem incluir outras funções como a de pressurização do ar no interior de determinado espaço.

O condicionamento de ar é um dos elementos principais da tecnologia de AVAC (aquecimento, ventilação e ar condicionado).

O ar tratado num sistema de condicionamento de ar é designado "ar condicionado". Na linguagem corrente, o próprio processo de condicionamento de ar é referido como "ar condicionado". Por extensão, também são referidos como "ares condicionados" os aparelhos destinados ao condicionamento de ar.

A climatização constitui um processo semelhante ao condicionamento de ar, mas não inclui a função de umidificação ou outras das funções daquele. ^[1]

História

O conceito de condicionamento de ar era já aplicado na antiga Roma, onde a água de aquedutos era feita circular através das paredes de certas casas, para as arrefecer.

O inventor chinês do século II Ding Huan inventou um ventilador rotativo para condionamento de ar. Este ventilador era constituído por sete rodas com 3 m de diâmetro e operado manualmente. Em 747, o Imperador Xuanzong, da dinastia Tang mandou construir, no seu palácio, o Salão Fresco (Liang Tian) que é descrito como tendo ventiladores, acionados a água, para condicionamento de ar, bem como esguichos de água a partir de fontes. Durante a subsequente dinastia Song, as fontes escritas mencionam uma utilização crescente de ventiladores rotativos de ar condicionado. ^[2]

Badgirs no atual Irão.

Na Pérsia medieval existiam edifícios que usavam cisternas e torres de vento (badgirs) para o seu arrefecimento nas épocas quentes. As cisternas abertas - semelhantes a piscinas - recolhiam a água da chuva. As torres de vento dispunham de aberturas que captavam o vento e de cata-ventos que direcionavam o fluxo de ar para o interior do edifício, normalmente passando sobre a cisterna e saindo por uma torre de arrefecimento situada a jusante da direção do vento. As torres e outros captadores de vento foram amplamente usados no mundo islâmico medieval, onde eram usados para o condicionamento de ar em muitas cidades. ^[3]

No Egipto medieval, foram inventados ventiladores, usados em muitas casas do Cairo. A miaoria destes ventiladores estavam orientados na direção da Qibla, seguindo a orientação geral da cidade. ^[4]

Na década de 1600, o inventor holandês Cornelius Drebbel fez a demonstração "transformando o verão em inverno", perante o Rei Jaime I de Inglaterra, através da adição de sal à água. ^[5]

Em 1758, o norte-americano Benjamin Franklin e o britânico John Hadley conduziram uma experiência para explorar o princípio da evaporação como meio de arrefecer rapidamente um objeto. Franklin e Hadley confirmaram que a evaporação de líquidos altamente voláteis - como o alcool e o éter - poderiam ser usados para diminuir a temperatura de um objeto até ser inferior ao ponto de congelação da água. Os dois conduziram a sua experiência com o bolbo de um termómetro de mercúrio até aos 7 ºF (- 13,8 ºC), enquanto que a temperatura ambiente se mantinha nos 65 °F (18,3 °C). Benjamin Franklin notou que, logo depois de se passar o ponto de congelamento da água (32 °F / 0 °C), uma fina película de gelo formava-se à superfície do bolbo do termómetro e que a massa de gelo tinha uma espessura como cerca de 6 mm quando a experiência era parada ao atingir-se os 7 °F. Franklin concluiu que "Com esta experiência, pode-se ver a possibilidade de se gelar um homem até à morte num dia quente de verão". ^[6]

Em 1820, o cientista britânico Michael Faraday descobriu que comprimir e liquefazer a amónia poderia resfriar o ar, quando a amónia liquefeita fosse permitida evaporar.

Em 1842, o médico norte-americano John Gorrie usou a tecnologia de compressor para criar gelo, o qual usava para arrefecer o ar para os pacientes do seu hospital em Apalachicola, Flórida. Ele esperava, eventualmente, usar a sua máquina fazer gelo para regular a temperatura dentro dos edifícios. Ele até visionou futuros sistemas de ar condicionado central que pudessem arrefecer cidades inteiras. Apesar de seu protótipo ter vazamentos e funcionamento irregular, em 1851, foi concedida uma patente a Gorrie, pela sua máquina de fazer gelo. ^[7][8]

A primeira unidade moderna de ar condicionado foi inventada em 1902 por Willis Carrier, em Buffalo, nos EUA. Depois de se formar em engenharia mecânica na Universidade Cornell, Carrier foi trabalhar para a empresa metalúrgica Buffalo Forge Company. Ali, Carrier iniciou experiências com o condicionamento de ar, como forma de resolver um problema prático para a empresa gráfica Sackett-Wihelms Lithographing and Publishing de Nova Iorque. A Sackett-Williams deparava-se com o seu trabalho prejudicado no verão, estação em que o papel absorvia a umidade do ar e se dilatava. Por outro lado, as cores impressas nos dias úmidos não se alinhavam nem se fixavam com as cores impressas em dias mais secos, o que gerava imagens borradas e obscuras.

Carrier teorizou que poderia retirar a umidade da gráfica pelos resfriamento do ar. Segundo aquele princípio, projetou e construindo o primeiro aparelho de ar condicionado, que iria iniciar a sua operação a 17 de julho de 1902. Projetado para melhorar o controlo do processo de produção na gráfica, a invenção de Carrier controlava, não apenas a temperatura, mas também a umidade. Carrier usou o seu conhecimento em aquecimento de objetos com vapor e reverteu o processo. Em vez de enviar ar através de serpentinas quentes, enviou-o através de serpentinas frias, cheias com água fria. O ar, soprado através das serpentinas frias, era arrefecido e podia-se assim controlar assim a quantidade de umidade nele contida. Por sua vez, a umidade na sala poderia ser também controlada. Os baixos níveis de calor e umidade destinavam-se a manter constantes as dimensões do papel e do alinhamento da tinta. Mais tarde, a tecnologia de Carrier foi aplicada para aumentar a produtividade nos postos de trabalho e a crescente procura daquela tenologia levou à criação da empresa Carrier Air Conditioning Company of America, ainda hoje existente como o maior fabricante de equipamentos de AVAC do Mundo. Com o passar do tempo, o ar condicionado veio a ser usado também para o conforto interior em residências e em automóveis. Na década de 1950, a utilização de ares condicionados domésticos expandiu-se de forma dramática.

Em 1906, outro norte-americano, Stuart W. Cramer, estava a explorar formas de adicionar umidade ao ar, na sua fábrica têxtil. Cramer criou o termo "condicionamento de ar" - usando-o num pedido de patente efetuado naquele ano - em analogia com o termo "condicionamento de água", então um bem conhecido processo para tornar os texteis mais fáceis de processar. Combinou a umidade com a ventilação para condicionar e alterar o ar das fábricas, controlando a umidade tão necessária na indústria têxtil. Willis Carrier adoptou também o termo e incorporou-o no nome da sua empresa. Este tipo de evaporação de água no ar, para produzir um efeito de arrefecimento, é agora conhecida como "arrefecimento evaporativo".

Os primeiros ares condicionados e frigoríficos empregavam gases tóxicos ou inflamáveis como a amónia, o clorometano e o propano, o que poderia resultar em acidentes fatais se houvesse um vazamento. Para os substituir, Thomas Midglev Junior criou o freon em 1928. O nome "freon" constitui uma marca comercial detida pela multinacional DuPont, aplicando-se a qualquer refrigerante dos tipos clorofluorcarboneto (CFC), CFC hidrogenado (HCFC) ou hidrofluorcarboneto (HFC). O nome específico de cada um indica a sua composição molecular (ex.: R-11, R-12, R-22 e R-134A).

A mistura mais utilizada no ar condicionado de conforto de expansão direta é um HCFC conhecido como "clorodifluorometano" ou "R-22". Deverá deixar de ser utilizado em equipamentos novos em 2010 e completamente descontinuado em 2020. O R-12 constituía uma mistura muito utilizada em ares condicionados de automóveis, tendo sido subsituído pelo R-134A. Têm sido desenvolvidos vários tipos de refrigerantes menos prejudiciais para a camada de ozono - como o R-410A - que têm vindo a substituir os antigos refrigerantes mais nocivos.

A inovação em termos de tecnologia de ar condicionado têm vindo a continuar, agora com uma ênfase colocada no aumento da eficiência energética e na melhoria da qualidade do ar interior. A redução do impacto em termos de mudanças climáticas constitui uma importante área de inovação, uma vez que, além das emissões de gás associadas ao uso de energia pelos sistemas de ar condicionado, os CFC, HCFC e HFC são, eles próprios potentes gases de estufa, quando vazados para a atmosfera. Por exemplo, o R-22 (também conhecido como "HCFC-22") tem um potencial de aquecimento global cerca de 1800 vezes superior ao do dióxido de carbono (CO2). Como uma alternativa aos refrigerantes convencionais, têm sido propostas alternativas naturais como o CO2 (R-744). ^[9][10]