Sistema de Ar Condicionado

Sistema de Ar Condicionado

 

Neste artigo será abordado de forma resumida, o sistema de ar condicionado convencional que pode ser encontrado em veículos ligeiros comerciais e de passageiros. 

 

O artigo será dividido em duas partes, neste segmento será explicada a função geral do sistema e a importância de cada um dos componentes que o constitui. Na segunda parte do artigo, serão apresentados os principais tipos de gás refrigerante que podem ser encontrados nas viaturas, a diferença entre cada um deles e a relação entre o tipo de refrigerante utilizado e o meio ambiente.

 

O objetivo principal do ar condicionado é o de regular a temperatura, fluxo de ar e humidade dentro do habitáculo de uma viatura, proporcionando um ambiente mais agradável aos utilizadores da mesma, independentemente das condições exteriores. Na Figura 1 é apresentada de forma esquemática, um circuito de ar condicionado.

 

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Figura 1 - Sistema de Ar Condicionado

 

Através da análise da Figura 1, verifica-se que o sistema de ar condicionado é um sistema fechado. Ocorrem trocas de calor/energia entre o fluído refrigerante e o exterior, no entanto se não existirem fugas no sistema, não se perde gás refrigerante.

 

Os principais componentes do sistema de ar condicionado são:

 

Compressor (Figura 1) 

 

  • Tem a função de bombear e fazer circular o gás refrigerante dentro do circuito de refrigeração. É o componente que faz elevar a pressão ao gás refrigerante. Nesta zona do circuito a pressão e temperatura são de sensivelmente 14 bar e 65 ºC.

 

  • Os compressores mais comuns utilizados em veículos, são do tipo axial.

 

  • Em sistemas convencionais, o motor do veículo é responsável por colocar o compressor em funcionamento, através de uma correia dentada e polie. O acionamento do compressor pode ser realizado com recurso a uma embraiagem eletromagnética ou controlado por um sinal de onda quadrada, PWM, nas gerações mais recentes.

 

  • Existem viaturas que possuem compressores elétricos, que funcionam com sistemas de 48v ou alta tensão.

 

Condensador (Figura 1) 

 

  • O condensador é um permutador de calor com o objetivo de arrefecer o fluído que circula no seu interior.

 

  • O gás refrigerante entra no condensador a alta pressão e temperatura, vindo do compressor, onde é arrefecido até se transformar em estado líquido.

 

  • O gás refrigerante é arrefecido devido ao ar que atravessa as alhetas do condensador, proveniente da deslocação da viatura e/ou do seu ventilador.

 

  • O líquido refrigerante sai do condensador em estado líquido, a alta pressão (14 bar) e menor temperatura (baixa cerca 10 ºC).

 

Filtro/Secador (Figura 1) 

 

  • O secador tem como principal função remover a água do líquido de refrigeração e reter impurezas presentes no mesmo.

 

Válvula de expansão (Figura 1) 

 

  • É na válvula de expansão que se dá a troca entre a parte da alta pressão e a baixa pressão do sistema de ar condicionado. A válvula de expansão permite a expansão (perda de pressão do fluído) e regula a quantidade de líquido de refrigeração que entra no evaporador.

 

Evaporador (Figura 1) 

 

  • O evaporador encontra-se normalmente localizado no habitáculo, na zona da consola central ou perto dos pés do passageiro.

 

  • O evaporador é também um permutador de calor, mas em vez dissipar calor (como o radiador do motor ou condensador) tem o objetivo de o absorver.

 

  • O líquido refrigerante entra no evaporador a baixa pressão e baixa temperatura, perto dos 0ºC. A energia do ar do habitáculo é suficiente para transformar o líquido de refrigeração em gás novamente devido ao seu baixo ponto de ebulição.

 

  • A passagem de fase de líquido para gás absorve uma grande quantidade de temperatura arrefecendo o ar que é depois ventilado para o habitáculo do veículo à temperatura desejada.

 

  • O evaporador apresenta a pressão e temperatura mais baixa do sistema, podendo chegar 1,2 bar e -7ºC.

 

Após sair do evaporador, na forma gasosa o gás de refrigeração vai novamente para o compressor e é repetido o ciclo.

 

Este é o funcionamento geral do sistema de ar condicionado e a função de cada um dos seus principais componentes.

 

Nos vários artigos até aqui realizados pela LD Auto, tem sido transmitida a ideia de que a evolução e desenvolvimento das viaturas atuais tem estado totalmente relacionada com o meio ambiente e a necessidade de o proteger. Os construtores têm realizado um enorme esforço para produzir viaturas que não apresentem apenas melhores prestações dinâmicas, mas que sejam cada vez mais eficientes e tenham um menor impacto ambiental. O sistema de ar condicionado das viaturas não é exceção, e tem evoluído para soluções cada vez menos prejudiciais ao planeta.

 

Com base na história e desenvolvimento dos sistemas de ar condicionado, podemos tentar dividir a sua evolução em três períodos fundamentais. No início, os sistemas eram projetados com foco na parte funcional, durabilidade e segurança, era utilizado o refrigerante R-12, comercialmente designado por Freon.

 

No início dos anos 90, o avanço do conhecimento científico e as alterações climáticas que já se faziam sentir, levaram a que a produção de sistemas que utilizassem do primeiro gás (R-12) fosse descontinuado a fim de reduzir a destruição da camada de ozono. Passou a utilizar-se nas viaturas o refrigerante R-134a.

 

A partir de 2011 devido a uma diretiva Europeia (2006/40 /EC), todas as novas plataformas de automóveis teriam que utilizar um refrigerante no seu sistema de ar condicionado com um valor de GWP inferior a 150, de forma a limitar o aquecimento global. Desta forma surgiu um novo refrigerante, o HFO-1234yf, mais conhecido como R-1234yf. Será explicado mais à frente o que significa a sigla GWP.

 

A fim de tentar compreender as alterações de fluido refrigerante utilizado nas viaturas ao longo do tempo, é importante entender quais as características e critérios a considerar para a sua escolha. Quando os construtores optam por determinado fluído refrigerante para o sistema de ar condicionado das suas viaturas em detrimento de outro, têm sempre que considerar 5 características principais, performance, toxicidade, inflamabilidade e os valores de ODP e GWP que o fluído apresenta. Será explicado de seguida os que significam estas duas siglas.

 

ODP – Significa em Inglês, “Ozone Depletion Potential” ou em Português “potencial de destruição da camada de ozono”. É um índice que varia entre 0 e 1 para este tipo de refrigerantes, sendo que quanto menor o valor, menor é o impacto que o refrigerante tem na camada de ozono. É utilizada como base o refrigerante R-11, que possui um índice de 1. De salientar que existem gases mais prejudiciais à camada de ozono com valores de ODP superiores, mas não são utilizados como refrigerantes em veículos automóveis.

 

GWP – Significa em Inglês, “Global Warming Potential” ou em Português “potencial de aquecimento global”. É um valor que indica quanto uma determinada massa/quantidade de um gás de efeito de estufa contribui para o aquecimento global num determinado período de tempo. O dióxido de carbono (CO2) é o gás de referência para este valor e possui um GWP de 1. Quanto maior o GWP, maior o impacto que o gás tem para o aquecimento global.

 

De seguida, serão apresentados os principais refrigerantes utilizados em viaturas até aos dias de hoje, por ordem cronológica.

 

R-12

 

Durante bastante tempo, o R-12 foi o gás mais utilizado nos sistemas de ar condicionado nas viaturas. Era um gás eficiente e bastante barato, comparativamente a outras alternativas, para além disso era um gás seguro pois não era toxico ou inflamável.

A utilização de R-12 já não é permitida, pois era um dos responsáveis pela destruição da camada de ozono. O R-12 possui um valor de ODP de 1 e um valor de GWP (100 anos) de 10700.

 

R-134a

 

Atualmente, a maioria das viaturas em circulação possui um sistema de ar condicionado que opera com o gás R134. Este é um gás que não é inflamável e em condições normais não é tóxico, sendo apenas considerado prejudicial se inalado em concentrações elevadas.

É um gás bastante menos prejudicial à camada de ozono (ODP de 0), no entanto possui um valor de GWP (100 anos) relativamente elevado com valor de 1400, potenciando o aquecimento global quando libertado para a atmosfera.

 

R-1234yf

 

Conforme já foi referido, o R-1234yf foi criado com o intuito de reduzir ainda mais as emissões de gases que potenciem o efeito de estufa para a atmosfera. Este refrigerante possui um ODP de 0 e um GWP (100 anos) de 4. No que toca à segurança, a principal preocupação no que toca à utilização do R-1234yf nos sistemas de ar condicionado automóvel é o facto de ser um gás inflamável.

A partir de 2017, todas as viaturas lançadas para o mercado utilizam no sistema de ar condicionado gás R-1234yf, salvo algumas exceções que veremos em baixo.

 

R-744

 

O facto do gás R-1234yf ser um gás inflamável, levou a que alguns construtores de automóveis procurassem soluções alternativas por questões de segurança. A Mercedes-Benz foi a empresa pioneira nesta área e desenvolveu um novo sistema de ar condicionado que utiliza o gás R-744. Este gás é constituído na sua totalidade por dióxido de carbono (CO2), pelo de o seu ODP é de 0 e possui um GWP (100 anos) de 1.

 

Devido ás características do CO2 houve a necessidade de redesenhar todos os componentes do sistema de ar condicionado, como o compressor, tubagem, vedantes, etc. A pressão de funcionamento do sistema é 10x superior à utilizada com o R-134a e os componentes terão que aguentar pressões superiores a 100bar.

 

Em circulação já existem algumas viaturas que utilização o R-744 ou CO2 como refrigerante do ar condicionado, como os Mercedes-Benz class E e S ou os novos Audi A8 ou VW Phaeton.

 

Com o avanço desta tecnologia, poderão começar a aparecer novas viaturas com este novo sistema. Será mais um desafio para as oficinas multimarcas, pois as ferramentas utilizadas para trabalhar nos sistemas anteriores terão que ser substituídas ou atualizadas por outras, dadas as suas especificações técnicas.

 

A indústria automóvel evoluiu ao longo dos anos, de forma rápida e com uma direção bem definida, diminuir a emissão de poluentes para a atmosfera. Os sistemas de ar condicionado são um exemplo claro disto. Em sensivelmente 30 anos, ocorreram grandes alterações neste campo, passar do gás R-12 para o R-134a ou R-1234yf significa que atualmente estão a ser utilizados gases que não prejudicam a camada de ozono e que provocam 7,6 a 2675 vezes menos efeito de estufa respetivamente, e com a entrada no mercado do R744, estes valores serão no futuro ainda melhores.

 

Para a LD Auto esta é uma temática importante, na manutenção automóvel quando o sistema de ar condicionado deixa de fazer frio, o utilizador deve dirigir-se a uma oficina com recurso a equipamentos de diagnostico e de deteção de fugas apropriados. A deteção de fugas deve ser sempre realizada sem recurso a novos carregamentos de gás para evitar a sua emissão para a atmosfera em caso de fuga e custos adicionais ao cliente. Devem ser utilizados equipamentos específicos para este fim e os técnicos envolvidos devem ter formação e certificado para realizar intervenções nestes sistemas.