Ar condicionado I

São sistemas que visam a obtenção de condições específicas do ar nos diversos tipos de ambientes, de modo a proporcionar conforto térmico aos ocupantes ou proporcionar condições especiais exigidas por equipamentos e/ou processos.

Condicionamento de ar, segundo a definição técnica de aplicação, é um processo de tratamento de ar destinado a controlar simultaneamente: temperatura do ar, umidade relativa do ar (obtida pela retirada ou pela colocação de vapor de água no ar), pureza (filtros), distribuição de ar (ventilador, difusor, duto) de um ambiente.

Existem aplicações muito especiais, nas quais a pressão do ar ambiente pode vir a ser controlada. Estes ambientes podem ser destinados tanto ao conforto humano ou animal (Figura 1) e neste caso os sistemas aplicados são vulgarmente chamados de ar condicionado de conforto, ou pode-se apresentar um ambiente destinado ao desenvolvimento de um determinado processo industrial ou laboratorial e o sistema passa a ser chamado de ar condicionado de processo.

Figura 1 

Durante muito tempo, o homem pensou em maneiras de amenizar os efeitos do calor. Invenções mais antigas, como ventiladores, abanadores e até mesmo o uso do gelo em larga escala faziam parte dos métodos para amenizar a temperatura em um ambiente.Em 1902, o engenheiro Willis Carrier inventou um processo mecânico para condicionar o ar, tornando realidade o almejado controle climático de ambientes fechados. Essa tecnologia teve início, na época, a partir de um problema pelo qual uma empresa de Nova York passava. Ao realizar impressões em papel, o clima muito quente de verão e a grande umidade do ar faziam com que o papel absorvesse essa umidade de forma que as impressões saíam borradas e fora de foco.

Ele criou um processo que resfriava o ar, fazendo circular por dutos resfriados artificialmente, o que também era capaz de reduzir a umidade do ar. Este foi o primeiro ar condicionado contínuo por processo mecânico da história. A partir desta experiência, o sistema foi adotado por muitas indústrias de diversos segmentos, como têxtil, indústrias de papel, farmacêuticos, tabaco e alguns estabelecimentos comerciais.

Em 1914, Carrier desenvolveu um aparelho para aplicação residencial, que era muito maior e mais simples do que o ar condicionado de hoje em dia, e também desenhou o primeiro condicionador de ar para hospitais, que foi desenvolvido com o objetivo de aumentar a umidade de um berçário (para bebês nascidos de forma prematura), no Allegheny Hospital de Pittsburg.

Foi a partir da década de 1920 que o ar condicionado começou a se popularizar nos Estados Unidos, foi colocado em diversos prédios públicos, tais como a Câmara dos Deputados, o Senado Americano, os escritórios da Casa Branca.

Além disso, foi de grande utilidade para ajudar a indústria cinematográfica pois, antes de serem instalados os aparelhos de ar condicionado, as salas de cinema ficavam vazias devido ao clima muito quente, nas temporadas de verão americano.

Na década de 1930, foi desenvolvido também por Willis Carrier um sistema de condicionadores de ar para arranha-céus com distribuição de ar em alta velocidade, que economizava mais espaço, em relação aos produtos utilizados na época. A distribuição do ar em alta velocidade por meio de dutos "Weathermaster", criada em 1939, economizava mais espaço do que os sistemas utilizados na época. 

Em meados de 1950, os modelos residenciais de ar condicionado começaram a ser produzidos em massa, ano em que Willis Carrier faleceu. A demanda foi muito grande, acabando com os estoques em apenas duas semanas.

Na década seguinte, estes produtos já não eram mais novidade. A partir disso, se inicia um mercado de amplitude mundial em constante expansão, com muito espaço para desenvolvimento tecnológico e novidades em produtos, até os dias de hoje.

Os aparelhos de ar condicionado atuais, que são utilizados para controlar a temperatura de ambientes fechados, provêm da criação deste processo mecânico para condicionar o ar, criado pelo Carrier.

O ar condicionado é um equipamento destinado a climatizar o ar em um recinto fechado, mantendo sua temperatura e umidade do ar controladas, para deixar os ambientes em temperaturas agradáveis, criando uma sensação de conforto térmico (aquecendo ou refrigerando) ou até mesmo em determinados ambientes em que o seu uso é indispensável como, por exemplo, CPD, Laboratórios, Unidades de Hospitais, Radiologia, No Break, e outros.

O princípio de funcionamento dos condicionadores de ar, nada mais é do que a troca de temperatura do ar do ambiente, pela passagem do ar pela serpentina do evaporador que, por contato, tem queda ou aumento de temperatura do ar, dependendo do ciclo utilizado, baixando a umidade relativa do ar.

O ar do ambiente é sugado por um ventilador e atravessa um evaporador, passando em volta de uma serpentina cheia de R-22, substância refrigeradora à temperatura de 7° C e em estado líquido. Em contato com uma serpentina gelada, o ar se resfria e volta para o ambiente.

Ao absorver o calor do ar, o R-22 muda de estado dentro da serpentina e vira gás, entrando depois num compressor elétrico. Essa peça, que produz o barulho do aparelho, comprime o R-22 até que, sob alta pressão, ele vire um gás quente, a 52° C.

Esse gás entra numa outra serpentina, do lado de fora do aparelho, chamado condensador. Mais quente que o ambiente externo, o R-22 se resfria um pouco. Com isso, ele vira líquido de novo mesmo antes de chegar aos 7°C, pois está sob alta pressão. Um outro ventilador sopra o ar quente que sobrou para a rua.

O R-22 (em estado líquido por causa da alta pressão) entra numa válvula de expansão, espécie de orifício onde o líquido perde pressão rapidamente e se esfria até 7° C, que o mentem em estado líquido. A partir daí, o ciclo recomeça novamente.

Figura 2: Funcionamento do resfriador evaporativo

Os Sistemas de condicionamento de ar possuem quatro componentes básicos:

• Compressor;
• Condensador;
• Evaporador;
• Motor ventilador. 

• Longevidade dos eletrodomésticos é prolongada;
• Uma atmosfera mais confortável;
• Utilizados tanto no inverno como no verão. 

• Resseca o ar causando irritação aos olhos;
• Recirculação do ar (não renovação do ar);
• Alto consumo de energia elétrica;
• .Uso de gases prejudiciais à camada de ozônio e efeito estufa;
• Manutenção periódica;
• Interfere na arquitetura de interiores (espaços necessários);
• O mau uso do ar condicionado compromete a saúde. 

O que os mais diversos modelos de ar condicionado ainda não conseguiram eliminar é um incômodo efeito colateral: o ressecamento do ar. "Em contato com o frio, a umidade do ar se condensa em gotinhas dentro do aparelho, como acontece em uma garrafa fechada e gelada”.

Figura 3: Dicas de instalação
 

A escolha de um sistema de refrigeração/aquecimento para as edificações deverá levar em conta alguns aspectos fundamentais: o preço, o consumo energético, a funcionalidade e, sobretudo, o conforto térmico.Em termos estritamente econômicos, a resposta para sua instalação poderá ser não. Mas se o custo não for a única preocupação, talvez sim. No entanto, em termos estritamente de conforto térmico, há sistemas eventualmente mais vantajosos. Se a opção for pelo ar condicionado, não só para frio mas também para calor, o menor custo terá uma contrapartida com o menor conforto.

Especialistas lembram a vantagem da filtragem do ar proporcionada pelo ar condicionado, que reduz significativamente o número de impurezas em suspensão no ar. Explicam, ainda, que um sistema bem dimensionado, proporciona uma distribuição de ar uniforme, filtra o ar e poderá permitir a renovação, evitando sua saturação.

Além de custo, outro fator de enorme ponderação na escolha de um sistema de climatização é o consumo energético. Os equipamentos de ar condicionado modernos utilizam o sistema bomba de calor “a inversão do ciclo para aquecer”, tornando os consumos moderados.

A climatização artificial acaba por ser indispensável para se conseguir um bom nível de conforto térmico. Os consumidores devem recorrer aos profissionais do setor, evitando comprar soluções inadequadas. Muitas vezes, um sistema não resolve porque simplesmente não foi projetado ou instalado com rigor.

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, vai-se querer que o EER seja o mais alto possível mas, normalmente, um EER maior é acompanhado de um preço elevado.

Para evitar o consumo excessivo de energia, deve-se:

• Manter portas e janelas fechadas, pois o aparelho possui um filtro de ar interno que dificulta a passagem de insetos, particulados e até fuligem de automóveis para o interior do ambiente. Com elas abertas, estas impurezas entram no ambiente, sem passar pelo filtro e a filtragem de ar pelo aparelho deixa de ocorrer como deveria;
• Não deixar fugas de ar, pois essas fugas como: geladeira, frestas e janelas abertas fazem com que o aparelho de ar condicionado tente refrigerar o ambiente externo também. Isso faz com que o compressor do aparelho funcione por mais tempo, consumindo mais energia e o barulho do aparelho aumenta;
• Regular sempre a temperatura, pois a principal finalidade do ar condicionado é propiciar conforto térmico às pessoas ou os equipamentos especiais. A menos que a sala possua computadores que necessitem de temperaturas baixas para trabalhar, não podendo refrigerar mais que o necessário.

A potência de arrefecimento ou aquecimento dos equipamentos de ar condicionado pode ser medida de diferentes formas: Kw , Kcal/h ou Btu/h.

BTU é a unidade que mede a quantidade de calor presente em um ambiente fechado e que precisa ser retirada ou adicionada para atingir um conforto térmico. A sigla BTU significa Bristish Thermal Unit ou Unidade Térmica Britânica. Um BTU é a quantidade de calor necessária para reduzir a temperatura de uma libra de água (0,4536 litros) em um grau Fahrenheit (0,53 graus Celsius).

Para calcular o BTU ou a quantidade de calor que precisa ser retirada, alguns fatores são necessários:

Como o ambiente recebe incidência do sol? Há sombra o dia todo, sol o dia todo ou na parte da tarde ou na parte da manhã? Localização do ambiente? Região litorânea, em andar térreo, entre andares, tipo de telhado?

Saber quanta água um condicionador de ar pode resfriar não é muito útil. Para se ter uma idéia de quanto de ar pode ser resfriado, deve-se levar em conta que 1 metro cúbico de água pesa 1.000 Kg e a água é 6.300 vezes mais densa que o ar, portanto, 1 metro cúbico de ar pesa aproximadamente 0.159 Kg. Isto significa que um local com área de 30 metros cúbicos, com um aparelho de ar condicionado de 10.000 BTUs reduz a temperatura em 5 graus Celsius em questão de minutos.

Outras variáveis que influenciam neste cálculo:

• Números de janelas;
• Números de portas;
• Paredes externas e janelas que recebem insolação;
• Quantidade e potência de equipamentos elétricos e lâmpadas que dissipam calor;
• Número de pessoas no ambiente. 

Em média, utiliza-se para cálculo de carga térmica, 600 BTUs/h por metro quadrado.

Por exemplo, ambiente de 20m² teria: 600 x 20m² = 12.000 BTU = 1 TR.

Então, para o correto dimensionamento do condicionador de ar é fundamental considerar o tamanho do ambiente, o seu isolamento, a sua exposição ao sol ou sombra e o número de pessoas que irão frequentar o ambiente.

Dependendo da área a climatizar, dentre os fatores citados, pode-se dizer que:

• Para uma área de piso até 12m², recomenda-se um aparelho de 7.000 Btu/h;
• Para uma área de piso de 13 a 19m², um aparelho de 9.000 Btu/h;
• Para uma área de piso de 20 a 29m², um aparelho de 12.000 Btu/h;
• Para uma área de piso de 30 a 39m², um aparelho de 18.000 Btu/h;
• Para uma área de piso de 40 a 50m², um aparelho de 24.000 Btu/h.

Nota: Os valores apresentados são meramente indicativos.

Ainda, uma TR (Tonelada de Refrigeração), em termos de aquecimento ou resfriamento, é igual a 12.000 BTUs. Um aparelho comum do tipo Janela é comumente encontrado com 10.000 BTUs. Isto significa que o aparelho tem capacidade para resfriar 10.000 libras de água (aprox. 4.536 litros) em 1 grau Fahrenheit em 1 hora, ou 5.000 libras em 2 graus em 1 hora ou 2.500 libras em 4 graus em 1 hora.

Para determinar a carga térmica, foram consideradas 2 pessoas num ambiente em andar intermediário. Acrescentar 600 BTU/h para cada pessoa a mais no ambiente (Quadro 1).

Carga térmica

Quadro 1: Carga térmica

A estratégia da ventilação natural de ambientes equipados com climatização artificial pode proporcionar uma economia na energia consumida. Em cidades de clima tropical, por exemplo, a abertura automática de janelas de um ambiente corporativo no período noturno, pode reduzir significativamente a energia despendida pelo ar condicionado para atingir a temperatura de conforto dos ocupantes no dia seguinte. Além disso, proporciona uma alta taxa de renovação do ar.

As formas utilizadas que podem ajudar o ar a deslocar-se por dentro de um edifício incluem janelas operáveis; desenhos de plantas abertas de edifício de modo a facilitar o movimento do ar; átrios; chaminés de ventilação; aberturas de remoção de ar localizadas na parte superior do edifício; aberturas de admissão de ar localizadas na parte inferior do edifício; pequenas ventoinhas e aberturas entre divisões como as janelas por cima de portas interiores, grelhas e paredes.

•  Instalar o aparelho em local com boa circulação de ar;
•  Usar o equipamento de maneira correta como está indicado no seu manual;
• Manter portas e janelas fechadas evitando a entrada de ar do ambiente externo;
• Manter o ar condicionado sempre desligado quando se estiver fora do ambiente por muito tempo.

Figura 4: Instalação

As Instalações de climatização são aquelas que criam um microclima nos quesitos de temperatura, umidade, velocidade, distribuição e pureza do ar. São conjuntos de processos empregados para se obter, por meio de equipamentos em recintos fechados, condições específicas de conforto e boa qualidade do ar, adequadas ao bem estar dos ocupantes .

Figura 5: Esquema da instalação

O climatizador de ar possui um ventilador que força o ar externo através de um painel evaporativo, sobre o qual a água circula continuamente pela ação de uma bomba. Nesta passagem do ar pelo painel, há a troca de calor entre a água e o ar. A água que evapora garante uma maior umidade do ar resfriado e é reposta por uma bóia que mantém o nível constante do reservatório. Tal processo garante um resfriamento de até 12ºC. Porém, o aparelho possui algumas condições para um bom funcionamento. A troca contínua do ar ambiente por ar resfriado é fundamental para manter as condições de conforto térmico no ambiente.

Expansão direta:É um sistema cuja troca final de calor se dá entre o gás refrigerante e o ar a ser tratado.

São os mais utilizados e também os mais baratos. São facilmente encontrados no mercado. Podem ou não fazer uma renovação do ar fresco. Possuem o evaporador e condensador no mesmo gabinete. Devem ser instalados embutidos na parede ou em vãos de janelas, com algumas restrições em determinados edifícios ou residências como, por exemplo, alteração de fachada. Os modelos mais recentes têm baixo nível de ruído e possuem controle remoto de operação. Capacidades entre 1.775 e 7.500 Kcal h 17.100 e 30.000 BTU/h. Necessitam de dreno.

Figura 6: Aparelhos de janela ou parede

 Compactos, não requerem instalação especial, fácil manutenção;
• Controle e atendimento específico de uma determinada área;
• Não ocupam espaço útil interno;
• São produzidos para aquecimento por reversão de ciclo (bomba de calor). 

Desvantagens:

• Pequena capacidade, maior nível de ruído, não tem flexibilidade;
• Maior custo energético (Kw/TR), distribuição de ar a partir de ponto único;
• Alterações na fachada da edificação;
• O local ideal para sua instalação normalmente interfere com aberturas ou outros elementos do prédio. 

São práticos porque podem ser utilizados em todos os ambientes da casa onde for necessária climatização e tem custo zero de instalação.

Vantagens:

• Funcionam expelindo o ar quente para o exterior e trazendo ar frio para o interior; 
• Asseguram a renovação do ar;
• Os modelos mais recentes têm baixo nível de ruído e possuem controle remoto de operação;
•  Todos os componentes estão em uma única peça;
•  Custo zero de Instalação e maiores custos do aparelho e oferece mobilidade. 

Figura 7: Aparelho portátil