Introdução

	ar-condicionado

Quando a temperatura externa começa a subir, muitas pessoas procuram o conforto do ar condicionado. Assim como as caixas de água e as linhas de alta tensão, um ar condicionado é uma daquelas coisas que vemos todos os dias, mas raramente prestamos atenção.

Não seria interessante saber como estas máquinas funcionam? Neste artigo, examinaremos o ar condicionado, tanto os pequenos quanto os grandes.

O ar condicionado de janela

As muitas faces da refrigeração
Os condicionadores de ar estão disponíveis em vários tamanhos, capacidades de resfriamento e preços. Um modelo que vemos a todo momento, é o ar condicionado de janela, como esse acima.

A maioria dos prédios de escritório têm uma unidade condensadora nos telhados. Os shopping centers bem como um aeroporto podem ter de 10 a 20 unidades condensadoras escondidas no telhado:

Olhando atrás dos hospitais, universidades e complexos de escritório, encontraremos grandes torres de resfriamento conectadas a sistemas de ar condicionado.

Mesmo que cada uma destas máquinas tenha uma aparência distinta, todas funcionam sob os mesmos princípios. Vamos ver mais de perto:

A idéia básica
Um ar condicionado é basicamente uma geladeira sem seu gabinete. Ele usa a evaporação de um fluido refrigerante para fornecer refrigeração. Os mecanismos do ciclo de refrigeração são os mesmos da geladeira e do ar condicionado. O termo Fréon é genericamente usado para qualquer dos vários fluorcarbonos não inflamáveis utilizados como refrigerantes e combustíveis nos aerossóis.

Diagrama de um ar condicionado

É assim que funciona o ciclo de refrigeração em um ar condicionado (veja Como funcionam as geladeiras para detalhes completos deste ciclo):

1. O compressor comprime o gás frio, fazendo com que ele se torne gás quente de alta pressão (em vermelho no diagrama acima).
2. Este gás quente corre através de um trocador de calor para dissipar o calor e se condensa para o estado líquido.
3. O líquido escoa através de uma válvula de expansão e no processo ele vaporiza para se tornar gás frio de baixa pressão (em azul claro no diagrama acima).
4. Este gás frio corre através de trocador de calor que permite que o gás absorva calor e esfrie o ar de dentro do prédio.

Misturado com o fluido refrigerante, existe uma pequena quantidade de um óleo de baixa densidade. Esse óleo lubrifica o compressor.

Aparelhos de janela
Um aparelho de ar condicionado de janela constitui um sistema completo de condicionamento de ar para locais pequenos. Estas unidades são fabricadas em tamanhos suficientemente pequenos, para que se encaixem em uma janela padrão. Se você abrir o compartimento de um ar condicionado de janela, verá que ele contém:

• um compressor
• uma válvula de expansão
• um condensador (do lado de fora)
• um evaporador (do lado de dentro)
• dois ventiladores
• uma unidade de controle

Os ventiladores sopram ar sobre os trocadores de calor para melhorar a sua capacidade de dissipar calor (para o ar exterior) e frio (para o ambiente ser resfriado).

BTU e EER
A maioria dos condicionadores de ar têm a sua capacidade classificada em Unidade de Calor Britânica (BTU). De forma geral, uma BTU é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 0,45 kg de água em 0,56º C. Especificamente, 1 BTU é igual a 1,055 Joules. Em termos de aquecimento e refrigeração, uma tonelada de refrigeração equivale a 12 mil BTU.

Um ar condicionado normal de janela pode ter uma capacidade de 10 mil BTU. Para comperação: uma casa de 185 m² pode ter um sistema de ar condicionado de 5 toneladas (60 mil BTU) de refrigeração, supondo que você precise de cerca de 300 BTU por m². Perceba que estas são estimativas aproximadas. Para dimensionar um condicionador de ar para as suas necessidades específicas, contate um profissional especializado em equipamentos de HVAC – aquecimento, ventilação e ar condicionado.

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, você vai querer que o EER seja o mais alto possível, mas normalmente um EER maior é acompanhado de um preço também maior.

Vamos supor que você tenha que escolher entre dois aparelhos de 10 mil BTU. Um deles possui EER de 8,3 e consome 1.200 watts, enquanto o outro tem EER de 10 e consome 1.000 watts. Vamos também supor que a diferença de preço seja de R$ 100. Para decidir se vale a pena comprar o mais caro, você precisará saber:

1. Aproximadamente quantas horas por ano vai usá-lo
2. Quanto custa um quilowatt-hora na sua região

Vamos dizer que você planeje usar o ar condicionado no verão (quatro meses por ano) e que ele funcionará cerca de seis horas por dia. Imaginemos também que o custo da energia na sua região é de R$ 0,10/kWh. A diferença no consumo de energia entre os dois aparelhos é de 200 watts, o que significa que a cada cinco horas, o aparelho mais barato consome 1 quilowatt a mais, e portanto, R$ 0,10 a mais, do que o aparelho mais caro.

Supondo que sempre existam 30 dias em um mês, você chegará a seguinte conclusão:

4 meses x 30 dias/mês x 6 horas/dia = 720 horas[(720 horas x 200 watts) / (mil watts/kW)] x R$ 0,10/kWh = R$ 14,40

Como os aparelhos mais caros custam US$ 100 a mais, isto significa que levará sete anos para compensar a diferença de preço entre os dois aparelhos.

Ar condicionado do tipo split, chiller e torres de resfriamento

Um ar condicionado tipo split separa o lado quente e o lado frio do sistema da seguinte maneira:

O lado frio, composto de uma válvula de expansão e de um evaporador, é colocado dentro de uma câmara ou dentro de outro sistema de distribuição de ar. O sistema movimenta uma corrente de ar através do evaporador e direciona o ar através do prédio todo, usando uma série de dutos. O lado quente, conhecido como a unidade condensadora, fica na parte externa do prédio. Na maioria das instalações residenciais, a unidade tem esta aparência:

A unidade consiste de um trocador de calor com tubos em espiras na forma de um cilindro. Dentro do trocador existe um ventilador que sopra ar, um compressor resistente às intempéries e um sistema de controle. Esse sistema tem evoluído ao longo dos anos, pois tem baixo custo e também promove a redução do ruído dentro da casa – porém ocorre um aumento do ruído do lado externo. Além do fato de que o lado frio e o lado quente estão separados e a capacidade é maior (em função dos trocadores de calor e compressores serem maiores), não existe diferença entre um sistema do tipo split e um ar condicionado de janela.

Em prédios de escritório, shopping centers, lojas de departamento, etc., a unidade condensadora normalmente fica no telhado e pode ser bem grande. Porém, também podem existir unidades menores no telhado, cada uma conectada para dentro do prédio por um sistema de distribuição de ar, que resfria uma zona específica do prédio.

Em edificações maiores e particularmente em arranha-céus, o uso do sistema de ar condicionado do tipo split acarreta alguns problemas. A instalação da tubulação entre o condensador e o evaporador excede a limitação da distância (em instalações longas existe o problema de lubrificação do compressor) ou a quantidade de dutos e sua extensão se tornam difíceis de serem administradas. Neste ponto, é preciso considerar um sistema de refrigeração do tipo refrigerador com água gelada (chiller).

Em sistemas com chiller, o sistema inteiro é instalado no telhado ou atrás do prédio. Ele resfria a água entre 4,4º C e 7,2º C. Esta água resfriada é, então, canalizada através de todo o prédio para os sistemas de distribuição de ar. Não existe limite para uma tubulação de refrigeração do tipo chiller se ela for bem isolada.

Você pode ver neste diagrama que o ar condicionado (esquerda) é completamente normal. O trocador de calor permite que o gás frio resfrie a água que corre através de todo o prédio.

Torres de resfriamento

Torre de refrigeração

Em todos os sistemas descritos anteriormente, o ar é usado para dissipar o calor da serpentina externa (condensador). Em sistemas maiores, a eficiência pode ser melhorada de forma significativa se usarmos uma torre de resfriamento. Esta torre cria uma corrente de água com temperatura mais baixa. Essa água corre através de um trocador de calor e resfria a serpentina quente (condensador). Este é um sistema mais caro, mas a economia de energia pode ser significativa a longo prazo, especialmente em áreas de baixa umidade, onde o sistema se paga rapidamente.Existem torres de resfriamento de todos os tamanhos e tipos. Todas elas funcionam da mesma maneira:

1. Uma torre de resfriamento sopra ar através da corrente de água para que parte da água evapore.
2. Geralmente, a água escoa através de uma malha com folhas espessas de plástico na forma de colméia.
3. O ar sopra através dessa malha em ângulos retos em relação ao fluxo de água.
4. A evaporação resfria a corrente de água.
5. Como parte da água é perdida na evaporação, a torre de resfriamento deve ter, constantemente, adicionada água ao sistema para compensar a diferença.

Torres de refrigeração

A quantidade de resfriamento que se pode obter de uma torre de resfriamento depende da umidade relativa do ar e da pressão barométrica.

Imagine, por exemplo, que em um dia com temperatura de 35º C (95º F), pressão barométrica de 29,92 polegadas de água (pressão ao nível do mar) e 80% de umidade relativa, a temperatura da água na torre de refrigeração descerá cerca de 3,36º C até atingir 31,7º C (6º F para 89º F).

Se a umidade é de 50%, então a temperatura da água baixará para cerca de 8,4º C até atingir 26,7º C (15º F para 80º F).

Se a umidade é de 20%, então a temperatura da água baixará para 15,7º C até 19,4º C (28º F para 67º F). Mesmo as pequenas quedas de temperatura podem significar alterações significativas no consumo de energia.

Para entender como a umidade relativa e a pressão atmosférica controlam a queda da temperatura em uma torre de resfriamento em um dia específico, leia o artigo (em inglês) da USA Today: como funciona um psicrômetro.

Quando você olhar atrás de um prédio e encontrar um aparelho que tem grandes quantidades de água correndo através de uma malha de plástico, saberá que isto é uma torre de resfriamento.

Em muitos conjuntos de prédios de escritório e campus universitários, as torres de resfriamento e os equipamentos de ar condicionado são centralizados e a água resfriada é enviada para todos os prédios através de quilômetros de tubulação subterrânea.

Para mais informações sobre sistemas de ar condicionado e tópicos relacionados, confira os links na próxima página.

RIO – Este ano o presidente da Venezuela, Hugo Chávez, pediu à população de seu país que tome banhos de apenas três minutos e evite usar ar condicionado para economizar água e energia. Fanfarrice à parte, a intenção é nobre – mas a

Os paineis solares fornecem 75% da energia consumida pela residência / Crédito: Divulgação

tarefa é difícil pelo fato de que a salvação do meio ambiente está nas iniciativas pessoais, e não no desejo dos governos. Basta ver o que aconteceu na reunião de cúpula realizada em Copenhague semana passada: ninguém se entende, todos distribuem sorrisos e fica tudo por isso mesmo.

Mas a indústria de tecnologia está fazendo a sua parte, atenta à nova onda sustentável que varre o mundo e que tende a ser um grande mercado no futuro. Por isso, as multinacionais têm investido em soluções mais atraentes (e rentáveis) para tentar economizar o planeta. Uma delas, a Panasonic, convidou a DIGITAL para visitar o protótipo de uma casa em Tóquio com baixa taxa de emissão de gás carbônico – embora, a bem da verdade, a empresa ainda não divulgue números a respeito. São muitas soluções possíveis, hoje disponíveis apenas para o mercado japonês. E não há nem previsão para a chegada desses aparelhos ao Brasil. Mas fomos conferir, para ver como funciona.

‘Eco House’ foi projetada para abrigar quatro pessoas

A chamada Eco House tem dois andares, 136,9 metros quadrados e foi projetada para abrigar quatro pessoas: um casal de adultos, um idoso e uma criança. Para reduzir a emissão de gás carbônico da casa, o imóvel é mobiliado com aparelhos mais eficientes e dotado de um sistema de geração de energia predominantemente limpa, com baterias para armazenar a eletricidade. Para completar, todos estes elementos estão interligados a um software que mede a produção de energia e o consumo de cada aparelho da residência, monitorando eventuais perdas e desperdícios.

A casa verde utiliza duas fontes para geração de energia. Uma é formada por painéis solares instalados sobre o teto da casa. A outra são células de combustível que geram energia e calor por meio da reação química entre o oxigênio do ar e o hidrogênio extraído do metano proveniente da rede de gás urbana. Esta segunda opção emite 0,43kg de CO2 por kWh gerado, e é empregada para reforçar o suprimento de energia, principalmente quando o tempo não está ensolarado. O calor produzido serve para ferver a água do banho e aquecer o piso.

Os painéis solares fornecem nada menos que 75% da energia consumida pela casa, enquanto as células de combustível suprem o restante. Parte da eletricidade produzida por estes dois meios não é imediatamente consumida e fica armazenada em baterias de íon-lítio, a mesma usada no Prius, carro parcialmente elétrico da Toyota. O objetivo é suprir a casa nos dias de chuva e nos momentos de pico de consumo.

Eletrodomésticos têm sensores inteligentes para evitar desperdício

Para reduzir a necessidade de luz artificial, a Eco House tem enormes janelões que vão do chão ao teto, além de uma claraboia. Quando escurece, entram em ação as lâmpadas led, que gastam cerca de oito vezes menos energia que uma incandescente, segundo a Panasonic. A empresa promete que sua lâmpada “EverLed” dura até 19 anos se usada em média cinco horas e meia por dia. Vendida apenas no Japão, a lâmpada custa o equivalente a R$ 76.

Os eletrodomésticos da casa, da linha ecológica chamada “Eco Navi”, são dotados de sensores. A geladeira tem quatro deles, que detectam a iluminação e a temperatura ambiente em torno do aparelho, a abertura e o fechamento das portas e a temperatura dentro dela.

De acordo com as informações captadas pelos sensores, a operação de resfriamento do interior é ajustada. A partir dos dados coletados diariamente, um processador instalado dentro da geladeira identifica um padrão de uso e determina a potência do resfriamento.

Segundo a Panasonic, esses recursos reduzem o consumo de eletricidade do aparelho em até 15% durante o inverno e em até 12% durante o verão, dependendo da frequência e duração de abertura das portas e de quão cheia está a geladeira. O custo dela varia entre 240 mil ienes (cerca de R$ 4.700) e 300 mil ienes (quase R$ 6 mil).

A lavadora e a secadora com recursos Eco Navi também têm sensores que detectam a quantidade de roupa que será lavada e o quão suja elas estão, ajustando assim o tempo de lavagem e a quantidade de água necessários. O aparelho pode cortar o consumo de energia em até 10% e de água em até 7%, calcula a companhia, e seu preço gira em torno de 300 mil ienes.

Já a máquina de lavar e secar louça, que custa cerca de 85 mil ienes (R$ 1.600), tem dois sensores: um para detectar a sujeira e outro o volume de louça, adequando assim a temperatura da água e o tempo de secagem. Com esses mecanismos, é possível usar até 18% menos água e até 13% menos energia do que outras máquinas. Na comparação com a lavagem manual, o equipamento permite economia de 88% do consumo de água.

O ar condicionado é outro aparelho dotado de sensores. Neste caso, eles rastreiam a presença de pessoas no ambiente e acionam ou desligam automaticamente o ar. O aparelho também mede qual a necessidade de refrigeração dependendo da atividade que o morador está desenvolvendo. Ela será mais potente caso a pessoa esteja realizando uma faxina, e mais branda caso esteja apenas assistindo a um filme. Além disso, as paredes e janelas contam com isolamento a vácuo que retém o frio gerado pelo ar condicionado – ou o calor, quando é inverno – aumentando a eficiência do aparelho e reduzindo o consumo de energia.

Outro mecanismo utilizado para diminuir a necessidade da refrigeração ambiente é um sistema que filtra o ar que circula em baixo da casa, utilizando-o para ventilação de seu interior. De acordo com a Panasonic, esse ar que passa sob o imóvel fica naturalmente mais frio no verão porque não está exposto ao sol. Já no inverno, ele fica mais quente devido ao aquecimento dos aposentos da casa.

Na Eco House, o painel de isolamento a vácuo da Panasonic, chamado U-Vacua, também é usado para aumentar a eficiência da geladeira e reduzir o consumo de energia no aquecimento da água. Empregado sob o revestimento da banheira, ele é capaz de conservar a água quente por seis horas, sem grandes mudanças de temperatura. E assim como a pia e a privada, a banheira é feita com um mármore sintético mais resistente a arranhões e manchas, o que facilita a limpeza, diminuindo sua frequência e o consumo de água.

A Panasonic não fala em custo total da casa, pois alguns produtos ainda estão em fase de pesquisa. Segundo o diretor da Divisão de Assuntos Ambientais da Panasonic, Kuniaki Okahara, a empresa acredita que as pessoas aceitarão pagar entre 5% e 10% mais por produtos ecológicos. Ele lembra que, com a redução das contas de luz, água e gás, o investimento pode ser recuperado. O uso das células de combustível, por exemplo, reduzem a conta de gás e eletricidade em 25%, considerando as tarifas do Japão. O produto custa é quatro milhões de ienes (cerca de R$ 79 mil).

- Nós já comercializamos as células de combustível, mas são caras. Acreditamos que, com a produção em massa, o preço pode chegar a 500 mil ienes (cerca de R$ 9.500) – afirmou.

Banheiro japa também tem alta tecnologia

A banheira com isolamento a vácuo é capaz de conservar a água quente por seis horas / Crédito: Divulgação

Enquanto a indústria japonesa se esforça para criar meios de poupar energia, com muita facilidade também inventa novas formas de gastá-la. Voar do Rio a Tóquio é pular para o futuro além das 12 horas de fuso. E a experiência futurística pode estar em um lugar mais insólito que os quarteirões hiperiluminados de Shibuya (bairro mais movimentado da capital japonesa): o banheiro. Nos hotéis, assentos sanitários quentinhos são acessório obrigatório.

Mas o luxo tem custo. Segundo a Agência de Recursos Naturais e Energia do Japão, os “assentos higiênicos” eram responsáveis por 3,9% do consumo de energia doméstico do país em 2004 (dado mais recente). Naquele mesmo ano, os carpetes elétricos utilizavam 4,9% dessa energia. Para efeito de comparação, as máquinas de lavar roupa gastavam 2,8% do total. Imagine o que Hugo Chávez diria disso?

Bom… habitantes dos trópicos podem achar a privada elétrica uma frescura, mas talvez os moradores do Alasca tenham outro ponto de vista. Já os aparelhos de ar-condicionado são mesmo o grande vilão do ecossistema: consumiam 25,2% de toda energia doméstica japonesa há cinco anos.

fonte: O Globo