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O funcionamento de um sistema de ar condicionado doméstico é confuso para muitos de nós. Os fornos são fáceis de entender - eles aquecem o ar e sopram em sua casa através de dutos. As caldeiras produzem água quente ou vapor e movem-no pela casa em tubos. Mas como os sistemas de ar condicionado produzem um ar frio e desumidificado nos dias de verão do cão? Para entendê-lo, você deve voltar a um princípio que pode ter aprendido em uma aula de física do ensino médio ou superior: a lei científica de que qualquer gás esfria à medida que se expande em volume.
Os componentes
Embora seja uma ligeira 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 partes inter-relacionadas:
- RefrigeranteCompressorCondensadorVálvula de expansãoBobina de evaporação
Existem muitos tipos de sistemas de ar condicionado que podem ser usados em casa, incluindo janelas, aparelhos de ar condicionado portáteis, aparelhos de ar condicionado sem dutos e sistemas centrais de ar condicionado. 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, isso funciona da mesma forma que a geladeira da cozinha da sua casa.
Refrigerante
O refrigerante é o "sangue" bombeando através dos tubos de refrigeração no sistema do ar condicionado. Ele muda de estado de vapor de gás para líquido, pois coleta calor da sua casa e ejeta esse calor para o exterior. Um refrigerante é uma substância única, pois possui um ponto de ebulição muito baixo. Isso significa que ele muda de um líquido para um vapor a baixas temperaturas. Isso é essencial para fazer com que um sistema de ar condicionado funcione com segurança sem gerar um nível perigoso de calor. O refrigerante, no entanto, não se move sozinho pelo sistema; requer 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 laço de cobre. O refrigerante entra no compressor como vapor quente de baixa pressão e o deixa como vapor quente de alta pressão. Essa transformação será possível pelo condensador .
Condensador
Do compressor, o vapor quente do refrigerante se move para o condensador. Aqui, o vapor refrigerante quente de alta pressão é resfriado à medida que passa pelas bobinas de condensação. As bobinas têm finas aletas de metal (semelhantes à estrutura na frente de um radiador de carro) que conduzem o calor das bobinas. Um ventilador do condensador sopra o ar sobre as aletas para acelerar o resfriamento do vapor dentro das bobinas. (O uso de um pente de aleta 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 a alta pressão e passa para a válvula de expansão. O compressor, a bobina do condensador e a ventoinha do condensador estão todos localizados na grande caixa barulhenta do quintal, que costuma ser 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 refrigerante líquido quente passa por uma pequena abertura a alta pressão na válvula de um lado, emerge como uma névoa fria de baixa pressão do outro lado. Este é o resultado de uma propriedade natural dos gases: à medida que o 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 o calor.
Bobina do evaporador
O próximo passo é onde a sua casa é resfriada. O líquido frio de baixa pressão que agora está saindo da válvula de expansão externa funciona em ambiente interno até a bobina do evaporador localizada no plenum do seu forno. (O plenum é a grande caixa de metal entre o forno e a tubulação.) 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 transporta gás refrigerante expandido frio esfria o ar soprando através do evaporador. Esse ar resfriado é então circulado através do duto. À medida que o refrigerante começa a aquecer, começa a ferver e passa de um líquido frio para um vapor quente (um processo de evaporação). O vapor quente do refrigerante viaja de volta para o compressor e a unidade de condensação externa, quando se expande e esfria mais uma vez, continuando o ciclo de resfriamento.
Juntar as peças
Na típica unidade de ar condicionado central, o ciclo de resfriamento é um processo contínuo de refrigerante frio que absorve o calor do ar interno e se expande para um gás quente, viajando para uma unidade externa onde expele esse calor e retorna para um líquido frio e depois volta para trás 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 esfria à medida que se expande. Qualquer sistema de ar condicionado ou refrigeração é apenas um sistema pelo qual a expansão e a condensação do gás refrigerante são cuidadosamente controladas para tirar proveito dessa propriedade física.
