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Os princípios e as leis da termodinâmica aplicadas no sistema de ar-condicionado automotivo

A manutenção de um automóvel vai muito além da troca de componentes, é preciso conhecer muito bem o funcionamento dos componentes e compreender os princípios básicos da mecânica, elétrica e eletrônica

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Por Antônio Gaspar de Oliveira


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É recomendável não dizer que conhece tudo de automóvel no que se refere a manutenção, pois os veículos recebem inovações constantes e não conseguimos acompanhar na mesma velocidade. Quem se tornou um especialista em um segmento automotivo como ar-condicionado consegue ter um foco mais concentrado na manutenção deste sistema.

Sabemos que a experiência conta muito no desempenho profissional, mas é preciso ter uma boa formação e conhecimento técnico que somado a bons equipamentos e informações técnicas, torna possível realizar a manutenção de forma mais assertiva, sem o uso da tentativa e erro que prejudica a oficina e desgasta o cliente.

Quando falamos de bons equipamentos, nos referimos àquele que atende à necessidade do profissional para o reparo mais rápido e com menor margem de erro. Como a temperatura é o centro da atenção para quem trabalha com ar-condicionado, um equipamento que nos ajuda muito é o medidor de temperatura, que pode ser um termômetro para verificar a temperatura do ar refrigerado que sai das ventilações no painel do automóvel, ou uma pistola laser para acompanhar a temperatura em cada parte do sistema de ar-condicionado. 

Com o motor ligado e o ar-condicionado funcionando, podemos medir a temperatura no condensador e a temperatura no evaporador, assim teremos duas leituras totalmente opostas, sendo uma quente e outra fria. 

Na correria para executar os serviços, não paramos para refletir sobre a natureza destas temperaturas opostas e que leis regem estas condições térmicas.

Mas antes vamos entender como são as escalas de temperatura.
• F Fahrenheit é baseado nas propriedades da água, a água congela a 32 ° F e ferve a 212 ° F, Fahrenheit é usado no sistema "Inglês".

• C Celsius era a denominação para centígrado, o correto é dizer graus célsius, é baseado nas propriedades da água, a água congela a 0 ° C e ferve a 100 °C.

• K Kelvin é baseado no zero absoluto, a água entra em processo de congelamento a 273 Kelvin (K) e entra em ebulição a 373 K. Por convenção, essa escala não utiliza graus, ou seja, a leitura da temperatura medida é apenas Kelvin e não graus Kelvin, as indicações Kelvin não contêm o sinal de grau (°).

• Zero absoluto é a temperatura teórica na qual todo movimento, incluindo o molecular, cessa.  
0 Kelvin corresponde a -273,15 ° Celsius ou -459,67 ° Fahrenheit. 

A termodinâmica é uma área da física que estuda as leis que regem as relações entre as diferentes formas de energia e a transformação de um tipo de energia em outro, parece complicado, mas vai ser fácil entender quando observamos o funcionamento do ar-condicionado.

Dentre as leis da termodinâmica, a segunda lei descreve que o calor se move naturalmente de uma área de temperatura mais elevada para uma área de temperatura mais baixa. 

Na nossa percepção, o sistema de ar-condicionado cria o frio, na verdade ele estrai o calor do interior do veículo e o transfere para o exterior. Como o sistema de ar-condicionado é composto por uma parte que fica do lado interno do veículo e outra que fica do lado externo no compartimento do motor, concluímos que é o condensador que faz a troca de calor, resfriando o gás que é forçado pelo compressor a retornar pelo sistema, passando pelo evaporador retirando mais calor do ambiente interno, completando o ciclo ao levar o calor novamente para o condensador. 

Quando o calor é removido do ar interno, o ambiente é resfriado, assim no processo de condicionamento de ar, o calor flui do interior para o exterior.

O ar-condicionado trabalha usando um ciclo termodinâmico chamado ciclo de refrigeração, isso ocorre alterando a pressão e o estado do gás refrigerante para absorver ou liberar calor. O gás refrigerante absorve o calor de dentro do veículo através do evaporador que é transportado para fora através do condensador.

O refrigerante sai do compressor como um gás quente, passa pelo condensador, se transforma em líquido e é então convertido em um gás frio.  À medida que o gás se expande, esfria e absorve o calor do habitáculo do veículo, que é enviado de volta ao compressor, passa pelo condensador, esfria e o ciclo começa novamente. 

É comum no inverno ouvir alguém dizer: mantenha a porta fechada para o frio não entrar. Sabemos que no período de frio, o ambiente interno é mais aquecido que o externo, porém ao abrir a porta é o calor que flui do interior para o exterior e não o contrário, o que violaria a segunda lei da termodinâmica. 

Podemos verificar que, em cada ciclo que ocorre no sistema do ar-condicionado, a quantidade de calor cedida para o meio ambiente através do condensador é igual à quantidade de calor retirada do interior do habitáculo do veículo pelo evaporador, mais o trabalho gerado pelo compressor.

Concluindo o entendimento sobre termodinâmica:

Não existe frio: Como leigos falamos sobre o frio, mas como especialista em reparo do sistema de ar-condicionado, devemos começar a pensar em termos de calor para facilitar o entendimento das leis da termodinâmica.

O ar-condicionado do carro não adiciona frio, ele foi projetado para remover o calor do habitáculo mais rapidamente do que o calor pode penetrar, lembra quando colocamos no modo de recirculação, o ar refrigera mais.

A energia térmica flui para qualquer coisa que contenha menos calor: Na natureza a energia térmica tem seu caminho ou sentido pré-determinado, que é do mais quente para o mais frio. 

Mudança do estado líquido para vapor: Quando a água muda de estado e se transforma em vapor, o líquido está perdendo o calor na forma de vapor. No sistema de ar-condicionado, que é um circuito fechado, o fluido refrigerante passa por estas condições, do estado líquido para o gasoso e vice-versa, resultando no controle da temperatura do ambiente.

Uma das aplicações da termodinâmica está no sistema de ar-condicionado, que é o processo que altera as propriedades do ambiente para condições mais confortáveis, geralmente com o objetivo de distribuir o ar-condicionado em um espaço ocupado como um veículo, promovendo melhor conforto térmico e a qualidade do ar interior. 

Em uso comum, um sistema de ar-condicionado é um dispositivo que reduz a temperatura do ar e o resfriamento é normalmente alcançado através do ciclo da refrigeração que é composto por algumas etapas.

Evaporação: O gás refrigerante líquido sob baixa pressão é colocado em contato com a fonte de calor. O refrigerante absorve o calor e ferve produzindo um vapor de baixa pressão. 

Compressão: A pressão do vapor de refrigerante é elevada, levando a um aumento subsequente da temperatura do vapor do gás refrigerante. Condensação: O gás refrigerante de alta pressão que agora transporta a energia térmica absorvida no evaporador mais a energia de trabalho do compressor entram no condensador, onde a transferência de calor ocorrerá condensando o gás refrigerante de vapor de alta pressão para um líquido de alta pressão. 

Expansão: A pressão do líquido condensado é reduzida por um dispositivo de controle que é a válvula de expansão, resultando em um fluido de baixa pressão.

O sistema de ar-condicionado veicular possui a função de prover conforto térmico aos ocupantes do veículo. De forma mais abrangente pode-se dizer que o sistema de ar-condicionado é responsável pelo controle de temperatura, controle de umidade, controle de circulação, controle da ventilação e limpeza do ar. 

Mesmo não sendo um cientista ou físico, os reparadores de sistema de ar-condicionado mantêm os componentes em funcionamento, permitindo que a termodinâmica aconteça de forma controlada, gerando o conforto desejado pelos ocupantes dos veículos.

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