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Climatização é a definição dada ao processo de fazer com que ummeio ambiente qualquer permaneça numa faixa detemperatura simpática aos organismos biológicos que se quer preservar. AAVAC ouHVAC constitui atecnologia destinada aoconforto ambiental interior, sobretudo emedifícios e emveículos. O conforto do aquecimento é condicionado pelo ar quente que saí do lado exterior para o interior através de ventoinhas forçadas por motores bipolares. Tanto "AVAC" como "HVAC" sãosiglas que significam "aquecimento,ventilação ear condicionado" (eminglês "heating, ventilating and air conditioning"), referindo-se às três funções principais e intimamente relacionadas daquela tecnologia. Ocasionalmente, arefrigeração também é incluída no âmbito desta tecnologia, que passa então a ser referida pelas siglasAVACR,AVAC/R,AVAC-R ouAVAC&R ou as correspondentesHVACR,HVAC/R,HVAC-R eHVAC&R.
O projeto de sistemas de AVAC é um dos principais campos de atividade daengenharia mecânica, utilizando os princípios datermodinâmica, damecânica dos fluídos e datransferência de calor. A AVAC é particularmente importante no projeto de edifíciosindustriais e deserviços de média ou grande dimensão, bem como no projeto de instalações com ambientes especiais, comoaquários elaboratórios. Estes locais obrigam a um estrito controlo das condições ambientais, especialmente em termos de temperatura, dehumidade e de renovação doar.
O máximo é compreendido em função da quantidade relativa deágua que tem no ar e a temperatura transmitida no momento.
Esse tipo de climatização que fornece ao meio ambiente humidade e oxigenação, atualmente é utilizada dentro deestufas agrícolas, granjas, e atualmente faz parte dos sistemas de resfriamentos abertos emprédios cujaarquitetura é considerada, inteligente.
Por usar o simples princípios copiados da natureza deevaporação da água, em função de seu calor latente, estes sistemas consomem pouquíssimaenergia, a assim são considerados sistemas que tendem a ser usados num futuro bem próximo.
O sistema de climatização de atomização e nebulização da água são de resfriamento simples que fazem cair a temperatura cerca de 4 ou 5 graus, porém outros sistemas de trocas de temperaturas como acriotecnia que tratam do meio ambiente, ou sistemas de distilação que utilizam energia eletrica ou não, também fazem uso desse recurso para o otimização de seu rendimento.
A climatização de uma casa muitas vezes é feita recorrendo a sistemas de ar condicionado, sistemas de purificação do ar, sistemas de aquecimento central ou sistemas de ventilação. Todos estes mecanismos tornam possível modificar a temperatura do ar nos interiores dos espaços, nomeadamente das habitações. Estes sistemas devem ser instalados por empresas especializadas em sistemas de climatização.
A origem da tecnologia de AVAC baseia-se em invenções e descobertas levadas a cabo por pessoas comoNikolay Lvov,Michael Faraday,Willis Carrier,Reuben Trane,James Joule,William Rankine,Sadi Carnot e muitos outros. A invenções dos componentes do que viriam a ser os sistemas de AVAC acompanhou de perto aRevolução Industrial. Ainda hoje em dia, novos métodos de modernização, de aumento da eficiência e de controlo dos sistemas são constantemente introduzidos porempresas e inventores de todo o mundo.
As três funções centrais de aquecimento, de ventilação e de condicionamento de ar estão inter-relacionadas, proporcionandoconforto térmico equalidade do ar interior (QAI) aceitáveis, com custos viáveis de instalação, operação e manutenção. Os sistemas de AVAC fornecem ventilação, reduzem a infiltração do ar e mantêm as relações de pressão entre espaços. Nos edifícios modernos, o projeto, instalação e controlo destas funções está integrado num ou mais sistemas de AVAC. Em edifícios de muito pequena dimensão, é normalmente o próprioempreiteiro a dimensionar e a escolher o equipamento e os sistemas de AVAC a instalar. Já em edifícios maiores, a análise, o projeto e a especificação dos sistemas de AVAC fica normalmente a cargo deengenheiros especialistas, sendo a instalação e montagem daqueles realizada por subempreiteiros especializados em instalações especiais. Hoje em dia, na maioria dos países, existelegislação a definir as condições em que os sistemas de AVAC devem ser projetados, instalados, mantidos e operados, bem como quem está habilitado para isso.
O ramo da AVAC constitui, hoje em dia, uma importante atividade económica a nível mundial, existindo empresas de produção, de venda ou de instalação daqueles sistemas em quase todas ascidades do mundo. Este ramo é também uma grande empregador, garantindo inúmeras oportunidades de carreira, em áreas que vão da operação e manutenção até ao projeto e investigação, passando pelas vendas.[1]
Ver artigo principal:CalefaçãoExistem muitos tipos diferentes de sistemas de aquecimento. Oaquecimento central é frequentemente usado em climas frios para aquecimento decasas e de edifícios públicos. Estes sistemas incluemcaldeiras,fornalhas e bombas de calor para o aquecimento deágua ou dear, concentrados num local central, como uma casa da fornalha ou uma casa das caldeiras. O uso da água como meio de transferência de calor é conhecido como "hidrónica". Cada sistema de aquecimento também inclui ou tubagens em sistemas de ar forçado ou canalizações para distribuição de água aquecida eradiadores para transmissão do calor daquela para o ar ambiente. O termo "radiador" neste contexto é um pouco enganador, uma vez que a maioria da transferência de calor - a partir do permutador de calor - é feita porconvecção e não porradiação. Os radiadores podem ser montados tanto nas paredes como enterrados nopavimento.
Em sistemas alimentados por caldeira e de aquecimento por radiação, todos os sistemas - excepto os muito simples - incluem uma ou maisbombas para fazerem a água circular e assegurarem uma distribuição igual de calor por todos os radiadores. A água aquecida também pode servir para alimentar outro permutador de calor (secundário) dentro de umtermoacumulador para proporcionar águas quentes sanitárias.
Os sistemas de ar forçado enviam o ar através de condutas e tubagens. Durante o tempo quente, as mesmas condutas podem ser usadas paracondicionamento de ar. O ar forçado também pode ser filtrado ou tratado.
O aquecimento também pode ser realizado através do uso de resistências elétricas, que consistem em filamentos que aquecem ao serem atravessados porcorrente elétrica. Este tipo de aquecimento é frequentemente encontrado em aquecedores portáteis e como sistema de reserva ou suplementar do sistema de bomba de calor.
Os elementos de aquecimento (radiadores ou respiradores) deverão ser colocados na parte mais fria de um compartimento - tipicamente próxima de umjanela - de modo a minimizar acondensação e o desvio da corrente de ar convectiva formada no compartimento em virtude do ar próximo à janela se tornar mais pesado devido à temperatura mais baixa. Os dispositivos que afastam os respiradores das janelas para prevenção da perda de calor são projetados com este intento. As correntes de ar frio podem contribuir significativamente para um sentimento subjetivo de frio em relação à temperatura média do compartimento. Assim, é importante controlar o vazamento de ar a partir do exterior, além de um adequado projeto do sistema de aquecimento.
A invenção do aquecimento central é frequentemente creditada aosantigos Romanos, os quais instalaram sistemas de condutas de ar - chamadas "hipocaustos" - em paredes e pavimentos dosbanhos públicos evilas privadas.[2]
Ver artigo principal:VentilaçãoAventilação constitui o processo de trocar ou substituir o ar em qualquer espaço, com os objetivos de controlar atemperatura, de renovar ooxigénio e de removerhumidade,odores,fumos,calor,poeiras,bactérias do ar edióxido de carbono. A ventilação inclui tanto a troca de ar com o exterior como a circulação de ar no interior do edifício. É um dos fatores mais importantes para manter uma aceitávelqualidade do ar interior (QAI) em edifícios. Essencialmente, a ventilação de um edifício pode ser feita de duas formas: a mecânica ou forçada e a natural.[3]
Ver artigo principal:Ventilação mecânicaA ventilação mecânica ou ventilação forçada é usada para controlar a qualidade do ar interior. O excesso de humidade, os odores e os contaminantes podem normalmente ser controlados através de diluição ou de substituição pelo ar exterior. Contudo, em climas húmidos, será necessária muita energia para remover o excesso de humidade do ar de ventilação.
Tipicamente, ascozinhas e asinstalações sanitárias dispõem de exaustores mecânicos para controlar os odores e, ocasionalmente, a humidade. O projeto desses sistemas deve ter em conta fatores como ocaudal - que é uma função davelocidade do ventilador e do tamanho da sua secção - e o nível deruído. Se as condutas para os ventiladores atravessarem espaços não aquecidos, as tubagens deverão ser isoladas para evitar a condensação no seu interior.
Asventoinhas de teto, de mesa ou de pavimento fazem circular o ar dentro de um compartimento com o objetivo de reduzir a temperatura perceptível, através da evaporação datranspiração dapele dos seus ocupantes. Uma vez que o ar quente sobe, as ventoinhas de teto podem ser usados para manter um compartimento mais quente noinverno através da circulação do ar quente estratificado, do teto para o pavimento. Contudo, as ventoinhas não proporcionam ventilação no sentido de "troca de ar com o exterior".[3][4]
A ventilação natural consiste na ventilação de um edifício com ar proveniente do exterior sem a utilização deventiladores nem de outros sistemas mecânicos.
Em espaços pequenos e simples, a ventilação natural pode ser conseguida através do uso de simplesjanelas abertas ou de respiradouros. Em sistemas mais complexos, pode deixar-se subir o ar quente no interior do edifício, em direção aclarabóias abertas em zonas superiores (efeito de chaminé), forçando assim o ar frio exterior a entrar naturalmente dentro do edifício através de aberturas nas suas zonas inferiores. Estes sistemas consomem muito poucaenergia, mas têm que ser projetados de um modo muito rigoroso de forma a que o conforto dos ocupantes fique assegurado. Em muitos climas, nos meses mais quentes ou mais húmidos, manter o conforto térmico utilizando apenas a ventilação natural pode não ser possível, obrigando à utilização de sistemas convencionais de ar condicionado como reserva.
Os sistemas economizadores a ar desempenham as mesmas funções da ventilação natural, mas utilizando meios mecânicos como ventiladores, tubagens e sistemas de controlo para introduzir e distribuir o ar fresco exterior quando apropriado.[3]
Ver artigo principal:Condicionamento de arOar condicionado e a refrigeração são obtidos através da remoção docalor. A definição defrio é a de "ausência de calor" e todos os sistemas de ar condicionado funcionam segundo este princípio básico. O calor pode ser removido, porirradiação, porconvecção ou poraquecimento-arrefecimento, através de um processo conhecido por "ciclo de refrigeração". Os meios de condução - incluindoágua,ar,gelo equímicos - são referidos como "refrigerantes".
Um sistema integrado de ar condicionado ou um ar condicionado autónomo, fornece arrefecimento, ventilação e controle de humidade à totalidade ou a parte de um edifício ou veículo. O ciclo de refrigeração consiste em quatro fases essenciais para a criação de um efeito de resfriamento. Umcompressor comprime o refrigerante. A compressão faz com que o refrigerante vaporizado se torne mais denso, libertando calor neste processo. O vapor comprimido é então arrefecido, através da permutação de calor com o ar exterior, condensando-se na serpentina docondensador e transformando-se emlíquido. O refrigerante líquido é então bombeado para o interior do edifício, onde entra numevaporador. Neste evaporador, pequenos bicos pulverizam o refrigerante líquido para uma câmara, no interior da qual a pressão baixa, permitindo que o refrigerante se evapore. Como a evaporação absorve o calor em seu redor, essa área em redor arrefece, com o evaporador a retirar, portanto, calor ao ambiente e a colocá-lo no sistema. O refrigerante em vapor volta então a ser enviado para o compressor, repetindo-se o ciclo. Um sistema de contagem (referido como "orifício") age como restrição ao sistema no evaporador, de modo a assegurar que o refrigerante flui para aquele com ocaudal apropriado, o que evita que o refrigerante volte ao compressor em estado líquido e permite o controlo da taxa de permutação de calor no evaporador.
Os sistemas de ar condicionado central, totalmente a ar, são frequentemente instalados em residências e edifícios de serviços modernos, mas são dificilmente adaptáveis a edifícios que não foram originalmente projetados para os receber. Isso deve-se sobretudo ao elevado volume de espaço que tem de existir disponível para ser ocupado pelas grandes condutas de ar utilizadas pelo sistema. Um sistema de condutas tem que ter uma manutenção muito cuidada de modo a prevenir o crescimento debactériaspatogénicas no seu interior.
Uma alternativa às grandes condutas de ar consiste no uso deventiloconvectores ou de unidadessplit (compressor e evaporador instalados em locais separados). Estes sistemas são frequentes em residências e em pequenos edifícios comerciais. Nestes sistemas, a serpentina do evaporador - situada no local a climatizar - é ligada a um condensador remoto através decanalizações de pequenodiâmetro em vez de condutas grandes.
Num sistema de ar condicionado, a desumidificação é realizada pelo evaporador. Uma vez que o evaporador opera a uma temperatura inferior à doponto de orvalho, a humidade do ar condensa-se nos tubos da serpentina do evaporador. Esta humidade é recolhida no fundo do evaporador por um tabuleiro e removida através de um cano deesgoto de condensados para um dreno central ou mesmo para o chão no exterior. Umdesumidificador consiste num aparelho do tipo de um ar condicionado, que controla a humidade de um compartimento ou de um edifício completo. Normalmente, é usado emcaves que dispõem de uma mais elevadahumidade relativa devido à sua temperatura mais baixa e à propensão para maior acumulação de humidade nas suas paredes e pavimentos. Em estabelecimentos de venda dealimentos, as grandescâmaras frigoríficas são altamente eficientes na desumidificação do ar interior. Em contrapartida, existem tambémhumidificadores, que consistem em aparelhos para aumento da humidade.
Os edifícios com ar condicionado têm frequentemente as janelas seladas, uma vez que a abertura destas iria prejudicar o esforço do sistema de AVAC em manter constantes as condições do ar interior.
Todos os sistemas de ar condicionado modernos estão equipados comfiltros de ar. Estes são normalmente feitos de um material leve do tipogaze e devem ser substituídos assim que as suas condições o obriguem, excepto alguns modelos que são laváveis. Como exemplos, tanto num edifício com um ambiente empoeirado como numa casa com animais de pêlo irá ser necessário uma maior número de substituições de filtros do que num edifício onde não existam tantas sujidades. A não substituição dos filtros conforme o necessário irá contribuir para uma taxa de permutação de calor inferior, resultando no desperdício de energia, no encurtamento da vida do equipamento e, consequentemente, no aumento dos custos. Além disso, a não substituição provocará uma diminuição do fluxo de ar, resultando no congelamento das serpentinas do evaporador, o que poderá provocar o impedimento da passagem de qualquer ar. Adicionalmente, filtros muito sujos ou colmatados podem provocar sobreaquecimento durante a fase de aquecimento do ciclo de refrigeração, resultando em danos possíveis nos componentes eletromecânicos ou mesmo numincêndio.
É importante ter em mente que, uma vez que o ar condicionado, move o calor da serpentina interior (evaporador) para a serpentina exterior (condensador), esta última deve manter-se tão limpa como a anterior. Isto significa que, além da substituição do filtro de ar junto à serpentina do evaporador, também é necessário limpar regularmente a serpentina do condensador. A falha em manter o condensador limpo irá resultar eventualmente em danos no compressor, uma vez que a serpentina do condensador é responsável por descarregar tanto o calor interior (captado pelo evaporador) como aquele gerado pelomotor elétrico que aciona o compressor.
O ar novo exterior é normalmente captado para dentro do sistema através de um ventilador na secção do evaporador. O ajustamento da percentagem do ar de retorno composto por ar novo pode ser normalmente ajustada através da manipulação da abertura do ventilador.[3]
Ver artigo principal:RefrigeraçãoArefrigeração consiste no processo de remoção decalor de um espaço fechado ou de uma substância, movendo-o para um local onde o mesmo não seja problemático. Para além de ser uma das funções do ar condicionado e mesmo da ventilação, existe também uma tecnologia específica de refrigeração, vocacionada sobretudo para a conservação dealimentos e de outros produtos, que frequentemente é agrupada com a AVAC, formando a AVAC & R. Os principais fins desta tecnologia são o de baixar atemperatura do espaço ou substância a refrigerar e o de manter essa baixa temperatura.
Qualquer processo natural ou artificial pelo qual o calor seja dissipado está incluído na refrigeração. O processo de produzir artificialmente temperaturas extremamente baixas é conhecido como "criogenia".
Ofrio consiste na ausência de calor. Assim, para se reduzir a temperatura tem que se "retirar calor" e não "adicionar frio". De modo a satisfazer aSegunda Lei da Termodinâmica, para se obter aquilo, tem que ser realizada alguma forma detrabalho. Este trabalho é tradicionalmente realizado de forma mecânica, mas pode também ser realizado através demagnetismo, delaser e de outras formas.[3]
Desde adécada de 1970, tem havido um esforço crescente, por parte de fabricantes e projetistas de sistemas de AVAC, no sentido de os tornar energicamente maiseficientes. Inicialmente, este esforço teve como força motriz o crescimento dos custos daenergia. Posteriormente, também contribuiu fortemente para esse esforço a consciência ambiental e a consequente necessidade da redução dapoluição e doaquecimento global.
Para além daeficiência energética, têm sido tomadas outras medidas no sentido de tornar os sistemas de AVAC ambientalmente mais sustentáveis, como a eliminação dos fluídos refrigerantes prejudiciais àcamada de ozônio.