Como funciona o seu sistema de ar condicionado em casa?

O funcionamento de um sistema de ar condicionado doméstico é misterioso para muitos de nós. Os fornos são fáceis de entender - eles aquecem o ar e o espalham pela casa através de dutos. As caldeiras fazem água quente ou vapor e os transportam pela casa em canos. Mas como os sistemas de ar-condicionado produzem um ar frio e desumidificado durante os dias de verão? Para entendê-lo, você precisa voltar a um princípio que pode ter aprendido em uma aula de física do colégio ou faculdade: a lei científica de que qualquer gás resfria 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 de sua casa e o despeja do lado de fora usando cinco peças inter-relacionadas:

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

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

Refrigerante

O refrigerante é o "sangue" que bombeia através dos tubos de resfriamento do sistema do ar condicionado. Ele muda de estado de vapor de gás para líquido à medida que coleta calor de sua casa e ejeta esse calor para o exterior. Um refrigerante é uma substância única porque tem um ponto de ebulição muito baixo. Isso significa que ele muda de um líquido para um vapor em baixas temperaturas. Esta é a chave para fazer um sistema de ar condicionado funcionar com segurança, sem gerar um nível perigoso de calor. O refrigerante, entretanto, não se move pelo sistema sozinho; requer um compressor para bombeá-lo.

Compressor

Pense no compressor como o "coração" do sistema, o componente que bombeia o refrigerante por 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 pelo condensador.

Condensador

Do compressor, o vapor refrigerante quente passa para o condensador. Aqui, o vapor refrigerante quente de alta pressão é resfriado ao passar pelas serpentinas de condensação. As bobinas têm finas aletas de metal (semelhantes à estrutura da frente do radiador de um carro) que conduzem o calor das bobinas. Um ventilador condensador sopra ar sobre as aletas para acelerar o resfriamento do vapor dentro das bobinas. (Usar um pente de aletas durante a manutenção de rotina ajuda a manter essas aletas em forma.) Conforme 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 bobina do condensador e a ventoinha do condensador estão todos localizados naquela grande caixa barulhenta em seu quintal, que geralmente é chamada de unidade condensadora.

Válvula de expansão

A válvula de expansão é o que realmente faz o trabalho de resfriamento. Conforme o refrigerante líquido quente passa por uma pequena abertura em alta pressão na válvula de um lado, ele emerge como uma névoa fria de baixa pressão do outro lado. Este é o resultado de uma propriedade natural dos gases: conforme um gás se expande, ele esfria. 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, expelindo seu calor.

Bobina do evaporador

A próxima etapa é onde sua casa realmente é resfriada. O líquido frio de baixa pressão que agora está deixando a válvula de expansão externa corre dentro de casa para a bobina do evaporador localizado no plenum de sua fornalha. (O plenum é a grande caixa de metal entre a fornalha e os dutos.) Aqui, o ar mais quente dentro de sua casa sopra através da bobina do evaporador e a aquece, enquanto ao mesmo tempo a bobina que carrega o gás refrigerante expandido e frio esfria o ar soprando no evaporador. Esse ar resfriado é então circulado através dos dutos. À medida que o refrigerante começa a aquecer, ele começa a ferver e muda de um líquido frio para um vapor quente (um processo de evaporação). O vapor refrigerante quente então viaja de volta para o compressor e unidade de condensação externa, quando se expande e esfria mais uma vez, continuando o ciclo de resfriamento.

Juntar as peças

Na unidade de ar condicionado central típica, o ciclo de resfriamento é um processo contínuo de refrigerante frio absorvendo calor do ar interno e se expandindo em um gás quente, viajando para uma unidade externa onde expele esse calor e retorna a um líquido frio, então retornando 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 resfria à medida que se expande. Qualquer sistema de ar condicionado ou refrigeração é meramente um sistema pelo qual a expansão e condensação do gás refrigerante são cuidadosamente controladas para tirar vantagem dessa propriedade física.