Ar condicionado

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O ar condicionado é a técnica de modificação, controlo e regulação das condições climáticas (temperatura, humidade, nível de poeira, etc.) de um local por razões de conforto (carro, escritórios, casas individuais) ou por razões técnicas (laboratórios médicos, instalações de fabrico de componentes eletrónicos, salas de operações, salas de computador, etc.) ao que nos interessa veremos as adaptações ao automóvel.

Os parâmetros modificados, controlados ou a regulamentados são:

  • Temperatura do ar, dependendo da estação, se houver (aquecimento ou arrefecimento),
  • Grau de humidade do ar (humidificação ou desumidificação);
  • Manutenção permanente (regulação) das condições programadas no interior;
  • Qualidade do ar interior odor, pó (filtragem do ar soprado ou retomado; renovação por extração forçada de ar para fora da sala, ou pela introdução forçada de ar novo (ar exterior) para a sala, ou por renovação parcial do ar ambiente estagnado (adição de uma caixa de mistura), ou simplesmente um filtro de pó, possivelmente associado a um filtro de carvão ativo…). Algumas das técnicas utilizadas são antigas e outras menos (invenção do frigorífico no século XIX, por exemplo); os sistemas modernos tendem a combiná-los no mesmo dispositivo conhecido como o ar condicionado reversível (refrigeração no verão e aquecimento no inverno). Em 2018, de acordo com a Agência Internacional de Energia, os aparelhos de ar condicionado e os ventiladores elétricos já estão a consumir cerca de um quinto da eletricidade total do mundo a partir de edifícios, ou seja, 10% do consumo total de eletricidade, prevendo-se um aumento acentuado até 2050, quando o arrefecimento poderá tornar-se a maior fonte de consumo de eletricidade do mundo.

Histórico

Os romanos usavam um túnel subterrâneo de entrada de ar exterior que era um verdadeiro ar condicionado desde que o ar que entrava na casa era invariavelmente cerca de 10-12 graus Celsius de inverno como verão (princípio do poço canadiano) Grutas ou locais particularmente frios (grutas, riachos de montanha, glaciares, etc.) são usados para armazenar alimentos ou até mesmo blocos de gelo durante vários meses. Desde o século XVI, utilizam-se sistemas naturais de arrefecimento, obtidos por escoamento de água, causando a evaporação para diminuir a temperatura do ar. No século XVI o gelo foi transportado dos glaciares, protegido por uma camada isolante de palha.

Século XVIII

No final do século XVIII, foram criados sistemas de ar condicionado com blocos de gelo integrados nas redes com ventilação forçada. Antes da invenção dos frigoríficos, o gelo era armazenado num frigorífico (por exemplo, cortado no inverno em lagoas). Era um buraco fechado por uma tampa isolante na qual eram alternadas camadas de palha, serragem e gelo. À medida que o ar frio descia e o calor subia, o orifício de enchimento estava no topo, a baixa temperatura era mantida e parte do gelo, assim armazenado, era mantido até ao verão. O conceito de conforto de verão ainda é muito antigo, com desenhos arquitetónicos favorecendo rascunhos e protegendo áreas à luz solar direta do calor. Em 1755, o escocês William Cullen obteve algum gelo introduzindo vapor de água sob um “sino de vácuo”.

Século XIX

A primeira tentativa real de uso industrial da refrigeração remonta a 1851, quando James Harrison, uma impressor escocês que emigrou para a Austrália, comprou uma empresa de impressão. Ao limpar caracteres com éter, nota que o líquido arrefece fortemente o metal evaporando-se. Harrison tem a ideia de comprimir o éter gasoso com uma bomba para transformá-lo em líquido, e depois deixar o éter líquido voltar ao estado gasoso causando um arrefecimento. Implementa este sistema numa cervejaria australiana onde o gás éter frio é bombeado para tubos que circulam no edifício. Harrison usa o mesmo princípio para fazer gelo passando tubos arrefecidos pelo éter gasoso através da água. Mas faliu em 1860 porque o gelo natural importado por navio da América permanecia mais barato. Um pouco mais tarde, a tecnologia em curso começamos a fabricar sistemas de arrefecimento simples que operam com compressores de pistão (como os nossos atuais frigoríficos) principalmente no transporte marítimo, este último estava a operar com éter que foi posteriormente substituído por amoníaco que permite uma melhor eficiência. Em 1857, Ferdinand Carré inventou o frigorífico de água e amoníaco. Patenteou a sua invenção nos Estados Unidos e na Feira Mundial de 1862. Não foi um sucesso para o mercado nacional, mas encontrou o seu sucesso nas cervejarias, para manter as bebidas frescas. O frigorífico podia produzir entre 12 e 100 kg de gelo, dependendo do modelo.

Século XX

O ar condicionado moderno foi inventado por Willis H. Carrier em 1902 com um sistema de refrigeração centrífugo com um compressor central para reduzir o seu tamanho (só foi revelado ao público em 1925 quando o Sr. Carrier persuadiu a Paramount a instalá-lo durante a construção do Teatro Rivoli em Times Square. Reza a lenda que os blockbusters do verão datam deste período porque os Nova-iorquinos vão então instalar-se em cinemas climatizados durante os dias quentes de verão).

  • O Chrysler Imperial de 1953 equipado com o sistema Airtemp

    Em 1933, uma empresa Nova-iorquina propôs a instalação do primeiro sistema de ar condicionado automóvel. Os seus criadores prevêem então “que o carro do futuro esteja equipado em série com ar condicionado”.

  • Em 1939, a fabricante automóvel Americana Packard Motor Car Company (1903-1954) ofereceu ar condicionado opcional nos seus veículos por 274 dólares na altura (cerca de $4.600 em 2014).
  • O Chrysler Imperial de 1953, o modelo de luxo da marca, é o primeiro carro produzido com ar condicionado de serie. Usa o sistema Airtemp desenvolvido pela Chrysler.
  • Em 1960, cerca de 20% de todos os carros nos Estados Unidos estavam equipados, 80% nas regiões mais quentes do Sudoeste, e em 1969, 54% dos veículos novos vendidos nos Estados Unidos estavam equipados com ar condicionado.
  • Chegando muito mais tarde à Europa, o ar condicionado entrou em França na década de 1990 e rapidamente se desenvolveu:
  • Em 2003, três dos quatro veículos novos vendidos estavam equipados com eles;
  • 2004: 50% da frota francesa de automóveis de passageiros tem ar-condicionado.
  • e quase todos os carros novos em 2010.

Incluindo veículos mais antigos, até 2020, nove em cada dez veículos deverão ter ar condicionado em Portugal, o que poderá afetar o ambiente devido a fugas de refrigeração e ao aumento do consumo de veículos equipados.

Funcionamento simplificado

1 : condensador 2 : expansor 3 : evaporador 4 : compressor

Durante o calor e circulação elevados sob o sol, uma bomba de calor alimentada pelo motor absorve calorias em excesso, ar de entrada ou ar interior (posição de reciclagem). Um compressor rotativo conduzido por um conjunto de roldanas, comprime um fluido de transporte de calor. A roldana do compressor está equipada com uma embraiagem que permite desligar o compressor. O fluido comprimido mas quente passa através de um radiador (chamado condensador), normalmente localizado ao lado do radiador para aliviar o maior número de calorias possível. O condensador é frequentemente equipado com uma ventoinha que força uma corrente de ar, aumentando a eficiência do intercâmbio.

Movimento do compressor spiro-orbital

O fluido comprimido, arrefecido e filtrado pela “garrafa desidratante” passa pela cabine, em direção a um regulador que acede diretamente ao evaporador, o fluido vaporiza-se absorvendo calorias. O ar exterior ou interno, impulsionado por uma ventoinha através deste radiador, transmite as suas calorias ao fluido portador de calor, que regressa ao compressor. O sistema pode beneficiar de regulação e distribuição mais ou menos sofisticadas, garantindo um maior conforto para o condutor e passageiros. Esta melhoria no conforto do condutor contribui para a melhoria da sua concentração e, portanto, para a segurança.

Prós e contras

O ar condicionado é um elemento de conforto cada vez mais comum em carros modernos, assim como vidros elétricos ou autorádios. O controlo de potência e as configurações estão localizados no painel de instrumentos, acessíveis ao condutor e muitas vezes ao passageiro da frente. Pode ser manual ou automático. Em termos de benefícios, proporcionar conforto ao condutor é também um elemento de segurança. Além de manter uma temperatura agradável, o ar condicionado regula a humidade, o que aumenta o conforto dos passageiros, mas especialmente o condutor que se pode concentrar na condução, em vez do seu refresco. O principal inconveniente é um consumo excessivo de alguns% de energia, mas menos do que rolar as janelas abertas [Contradição] (10-15% dependendo da velocidade) em tempo quente. Outra desvantagem é que os fluidos utilizados são poluentes atmosféricos, por vezes mal controlados (fugas, ou falta de reciclagem). Embora tenha começado a generalizar-se na década de 1960 nos Estados Unidos, o ar condicionado automóvel na Europa é também uma consequência da adoção de características aerodinâmicas cada vez melhores: para-brisas mais inclinados, áreas de superfície maiores, incluindo janelas traseiras. Apesar das janelas atérmicas, estes elementos aumentam a temperatura interna do interior em proporções significativas em comparação com os veículos da década de 1980. Existe, portanto, uma espécie de compensação entre a diminuição do consumo devido aos organismos modernos e o aumento deste consumo, devido ao ar condicionado. Esta compensação pode ser geralmente favorável ou desfavorável, dependendo do tipo de clima, da utilização do veículo (cidade ou autoestrada), ou da sua velocidade (normal ou alta).

Século XXI

Estes sistemas podem equipar carros individuais, camiões, tanques. Os aparelhos de ar condicionado são atualmente instalados com muita frequência em veículos agrícolas autopropulsionados (tratores, colhedores combinados, escavadoras, etc.) e equipamentos de construção.

Degradação da saúde

Os sistemas de ar condicionado são acusados de causar os seguintes riscos para a saúde:

  • A sua parte fria (ar condicionado interno ou sistemas de refrigeração externos) produz água por condensação de humidade do ar. Se esta água for mal descarregada, por exemplo, se os aparelhos estiverem mal conservados, os organismos patogénicos podem proliferar lá, sendo o exemplo mais citado o do agente da legionella.
  • A injeção de desinfetantes nestes sistemas (produtos clorados em geral) também pode causar problemas de saúde e promover o desenvolvimento de agentes patogénicos resistentes ao cloreto. Quase todos os sistemas de ar condicionado têm filtros, que precisam de ser limpos ou substituídos periodicamente; esta entrevista nem sempre é feita.
  • O ar condicionado só faz sentido num espaço relativamente “fechado”; nestas condições, vários poluentes biológicos ou contaminantes (micróbios) podem concentrar-se (mesmo que se desenvolvam menos a baixas temperaturas, caso o ar condicionado refrigera o ar).
  • O ar condicionado excessivo expõe a pessoa que depois sai do espaço desdomado a um choque térmico exemplo de 40º de temperatura ambiente e 15º dentro do habitáculo do veículo. Durante uma onda de calor, é recomendado que a “temperatura requerida” não seja abaixo dos 26 graus Celsius e que se mantenha uma diferença de temperatura entre 5 e 7 graus Celsius entre o interior e o exterior de um veículo.
  • A transmissão de vírus entre diferentes instalações através de sistemas de ar condicionado foi estudada em 2009, o que não forneceu uma conclusão definitiva; À medida que a epidemia de gripe H1N1 se desenvolveu, a Agência Francesa de Segurança ambiental e laboral (Afsset) aconselhou: “No caso de veículos coletivos equipados com uma estação de tratamento de ar (ar condicionado centralizado), manter o fornecimento de ar exterior e, se possível, parar a reciclagem. A agência francesa acredita que “Nos veículos equipados com ventilação com reciclagem de ar (ar condicionado em veículos de acolhimento ao público, como autocarros), o risco de transmissão não pode ser excluído, mas continua a ser difícil de avaliar porque depende de muitos fatores desconhecidos (virulência da estirpe do vírus, fluxo de ar em partes e sistemas de ventilação etc.) ».

Poluição ambiental

O ar condicionado coloca os seguintes problemas:

  • aumenta o consumo de energia de veículos equipados com eles. 5% do custo anual do ar condicionado para automóveis (1 litro/100 km quando está em funcionamento) é de 5%. Por outro lado, aumenta o conforto do condutor, e dos seus passageiros, especialmente durante as ondas de calor, o que permite uma melhor atenção ao condutor e reduz o risco de adormecer;
  • o consumo de energia devido ao ar condicionado está a aumentar em Portugal, especialmente desde a onda de calor de 2003, que resultou na compra e ou na reparação de um grande número de automóveis equipados de ar condicionado, que, estão no seu auge durante os trajetos.
  • liberta refrigerantes que são poderosos gases com efeito de estufa. O seu poder em termos de efeito de estufa é 2.000 vezes mais forte do que o do CO2, alguns dos quais escapam inevitavelmente à atmosfera (acidentes, fugas, má gestão do fim de vida dos equipamentos). Este efeito equivale a um aumento de 10% no impacto de um veículo no efeito de estufa. Além da produção de CO2 produzida nas centrais elétricas com base na combustão de combustíveis, tem, por conseguinte, um impacto a longo prazo no aquecimento global;
  • O sistema de recuperação/reciclagem de gás em aparelhos e veículos em fim de vida permanece opaco;
  • o ar condicionado é parcialmente responsável pelo “sobreaquecimento urbano”, aumentando a temperatura na cidade em 1 a 1,5 graus Celsius em comparação com a paisagem circundante.
  • o ar condicionado aumenta o consumo de combustível, bem como as emissões de gases com efeito de estufa, especialmente em acidentes, incêndios em veículos ou fugas de refrigerantes:
  • Na condução urbana, um veículo médio consome mais 31% de gasolina (ou 35% de gasóleo para veículos a Diesel);
  • Na estrada, o consumo está a aumentar cerca de 16% para os veículos a gasolina e 20% para os diesel;
  • Ao longo do ano, em todas as estações do ano combinadas, “os veículos com ar condicionado consomem, em média, mais 5% de combustível do que aqueles que não são”;
  • Tem havido um aumento das emissões de poluentes (CO e NOx) para os motores a gasolina, e NOx e partículas (PM) para motores diesel;
    Um aumento das emissões de CO2, que contribui para o aquecimento global de cerca de 6-10% para um veículo médio, principalmente devido à libertação de refrigerante para a atmosfera, no final da vida útil do veículo ou durante as operações de manutenção;
  • Mesmo quando não funciona, um sistema de ar condicionado perde o refrigerante (R134a) (fugas, manutenção, manutenção, acidente, incêndios, não recuperação no final da vida do veículo…), este gás tem um efeito de aquecimento global muito potente, 1.300 vezes mais potente que o CO2. Por exemplo, um veículo médio aumenta as suas emissões anuais de gases com efeito de estufa em 10-15% quando está com ar-condicionado. No banco de ensaio, são as mangueiras e os acessórios a maior fonte de fugas de gás refrigerante, com diferenças de 1 a 9 em quatro mangueiras estudadas e 1 a 20 em vários acessórios. Mesmo novos compostos resultaram em fugas de 1 a 20 g/ano de gás refrigerante. Os compressores testados também perderam 0,2 (nove) a 5 g de líquido (compressor que funcionou seis meses) por ano. O sistema completo (dados de 2003) tinha geralmente taxas de fuga de 10 a 70 g/ano. A ADEME estimou que as melhorias técnicas ao ritmo dos anos 2000 continuarão a derramar 10% do fluido anualmente em 2010, um impacto na frota automóvel francesa equivalente ao de uma emissão equivalente a 2 MT CO2 em 2005, dos quais 100 kt se deve à não recuperação do fluido no final da vida do veículo ou ao sistema de ar condicionado10. Uma avaliação prospetiva publicada em 2003 foi de 3,6 Mt de CO2, dos quais 1,6 para não recuperação no final da vida útil em 2020;
  • Tipo de gás: O 1234yf é o substituto do refrigerante R134a que substituiu o refrigerante R12 (Freon) de acordo com o Protocolo de Montreal (o acordo internacional para a proteção da camada de ozono estratosférico). Em poucos anos, o HCFC R22 seguirá o mesmo caminho.

Degradação da saúde e poluição ambiental

Alguns produtos como o brometo de lítio (LiBr) são simultaneamente perigosos para a saúde e para o ambiente. Nos centros de descontaminação dos automóveis uma taxa de centenas de kg frequentemente em ar condicionado, pode vazar e deve ser drenada por profissionais qualificados no final da vida útil da máquina. Após um grave acidente o veículo é desmantelado, por vezes é difícil saber o que acontece com estes produtos.

Legislação

Para além das normas relativas aos aparelhos, ao seu consumo de energia, à doença da legionella ou à reciclagem dos materiais que os compõem, a legislação está a evoluir para uma melhor aplicação dos protocolos de Montreal (proteção da camada de ozono, que justificou a proibição de determinados gases) e de Quioto, mas muitas vezes permitindo a utilização de existências de produtos antigos e com alguma lentidão.

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