Como funciona o sistema de ar condicionado de sua casa

Escrito por Bob Formisano

O funcionamento de um sistema de ar-condicionado residencial é misterioso para muitos de nós. Os fornos são fáceis de entender – eles aquecem o ar e o sopram pela casa por meio de dutos. As caldeiras produzem água quente ou vapor e a movimentam pela casa por meio de tubulações. Mas como os sistemas de ar-condicionado produzem ar frio e desumidificado durante os dias de verão? Para entender isso, é preciso voltar a um princípio que você pode ter aprendido em uma aula de física no ensino médio ou na faculdade: a lei científica de que qualquer gás esfria à medida que aumenta de volume.

Os componentes

Embora seja uma pequena simplificação, você pode pensar em um ar-condicionado como uma máquina que retira o calor da sua casa e o joga fora usando cinco partes inter-relacionadas:

• Refrigerante
• Compressor
• Condensador
• Válvula de expansão
• Bobina do evaporador

Há muitos tipos de sistemas de ar-condicionado que podem ser usados em casa, incluindo unidades de janela, condicionadores de ar portáteis, condicionadores de ar sem dutos e sistemas de ar-condicionado central. Apesar de suas diferenças, no entanto, a física de como eles funcionam é a mesma, e todos usam o processo de refrigeração por expansão direta. Em princípio, isso funciona da mesma forma que a geladeira da cozinha da sua casa.

Refrigerante

O refrigerante é o “sangue” que bombeia através dos tubos de resfriamento no sistema do condicionador de ar. Ele muda de estado de vapor de gás para líquido à medida que coleta o calor de sua casa e o ejeta para o exterior. Um refrigerante é uma substância única? pois tem um ponto de ebulição muito baixo. Isso significa que ele muda de líquido para vapor em baixas temperaturas. Isso é fundamental para que um sistema de ar-condicionado funcione com segurança sem gerar um nível perigoso de calor. O refrigerante, no entanto, não se move pelo sistema por conta própria; é necessário um compressor para bombeá-lo.

Compressor

Pense no compressor como o? “coração” do sistema, o componente que bombeia o refrigerante através de? todos os componentes de refrigeração em um grande circuito de cobre. O refrigerante entra no compressor como um vapor quente de baixa pressão e sai como um vapor quente de alta pressão. Essa transformação será possível graças ao condensador.

Condensador

Do compressor, o vapor quente do refrigerante se move para o condensador. Aqui, o vapor de refrigerante quente de alta pressão é resfriado ao passar pelas serpentinas de condensação. As serpentinas têm aletas metálicas finas (semelhantes à estrutura na frente do radiador de um carro) que conduzem o calor das serpentinas. Um ventilador do condensador sopra ar sobre as aletas para acelerar o resfriamento do vapor dentro das bobinas. (O uso de um pente de aletas durante a manutenção de rotina ajuda a manter essas aletas em forma.) À medida que o refrigerante esfria, ele muda de estado de vapor quente para líquido quente em alta pressão e passa para a válvula de expansão. O compressor, a serpentina do condensador e o ventilador do condensador estão todos localizados naquela caixa grande e barulhenta em seu quintal, que geralmente é chamada de unidade de condensação.

Válvula de expansão

A válvula de expansão é o que realmente faz o trabalho de resfriamento. À medida que o líquido refrigerante quente passa por uma minúscula abertura de alta pressão na válvula de um lado, ele emerge como uma névoa fria de baixa pressão do outro lado. Esse é o resultado de uma propriedade natural dos gases: Quando um gás se expande, ele esfria. Na verdade, o ar-condicionado nada mais é do que um dispositivo projetado para forçar a expansão do gás refrigerante, e é isso que cria sua capacidade de resfriar o ar ao expelir seu calor.

Bobina do evaporador

A próxima etapa é onde sua casa realmente é resfriada. O líquido frio de baixa pressão que agora está saindo da válvula de expansão externa segue para dentro de casa até a serpentina do evaporador localizada no plenum do forno. (O plenum é a grande caixa de metal entre a fornalha e o duto.) Aqui, o ar mais quente dentro de sua casa sopra através da serpentina do evaporador e o aquece, enquanto, ao mesmo tempo, a serpentina que carrega o gás refrigerante frio e expandido resfria o ar que sopra através do evaporador. Esse ar resfriado é então circulado pelos dutos. À medida que o refrigerante começa a se aquecer, ele começa a ferver e muda de um líquido frio para um vapor quente (um processo de evaporação). O vapor quente do refrigerante retorna ao compressor e à unidade de condensação externa, quando se expande e resfria mais uma vez, dando continuidade ao ciclo de resfriamento.

Colocando tudo junto

Em uma unidade de ar condicionado central típica, o ciclo de resfriamento é um processo contínuo de refrigerante frio que absorve o calor do ar interno e se expande em um gás quente, viajando para uma unidade externa, onde expele esse calor e retorna a um líquido frio, retornando em seguida para dentro de casa para absorver mais calor e continuar o ciclo. Apesar da aparente complexidade dos componentes, a física envolvida é bastante simples – o princípio pelo qual um gás sempre se resfria à medida que se expande. Qualquer sistema de ar-condicionado ou refrigeração é meramente um sistema pelo qual a expansão e a condensação do gás refrigerante são cuidadosamente controladas para aproveitar essa propriedade física.