Capítulo 1: Introdução e fundamentos físicos sobre Sistemas de Climatização Automotiva

Por: Redação

O ser humano se sente confortável se o ambiente em que ele se encontra apresenta uma determinada temperatura e umidade do ar. O bem-estar, como parte integrante da segurança ativa, exerce uma grande influência sobre a possibilidade de conduzir sem a diminuição da capacidade física e mental. O “ambiente climatizado do veículo” influi diretamente sobre o condutor, sobre uma condução isenta de fadiga e sobre a segurança da condução.

Estudos científicos realizados pela OMS (Organização Mundial da Saúde) demonstram que a capacidade de concentração e reação é intensamente reduzida quando a pessoa está submetida a cargas climatológicas.

O corpo humano está exposto a cargas climatológicas muito intensas em seu dia-a-dia, sendo que quanto maior forem estas cargas, maior será a solicitação no corpo para suportar e resistir a elas

A temperatura ideal para o condutor do veículo está entre 20º e 22° C, que é representada na região “A” do gráfico. Uma radiação solar intensa sobre o veículo pode elevar a temperatura no interior do veículo até 15° C acima da temperatura ambiente – principalmente na região da cabeça, ou seja, parte mais alta do interior do veículo. É nesta região do veículo onde o calor exerce as influências mais perigosas.

Com o aumento da temperatura corporal, a frequência cardíaca também aumenta. Uma característica típica disso é uma transpiração mais intensa, neste caso, o cérebro recebe uma quantidade menor de oxigênio. Esta condição é representada na região “B” do gráfico.

A região “C” representa uma sobrecarga para o corpo. Os médicos especializados no trânsito denominam este fenômeno como “estresse climatológico”.

De acordo com os estudos realizados, ao aumentar a temperatura de 25 para 35° C, a capacidade de percepção e reação é reduzida em até 20%. Estima-se que este valor equivale a uma taxa de álcool de 0,5 g/l de sangue.

Para reduzir ou eliminar completamente estes tipos de cargas foi criado o climatizador com um sistema, que condiciona o ar do interior do automóvel em uma temperatura agradável e também pode depurar e desumidificar o ar.

Com o climatizador, é possível gerar temperaturas reduzidas nos difusores em comparação com as altas temperaturas atmosféricas. E isso independentemente do veículo estar parado ou em movimento. Na tabela abaixo é possível visualizar a eficiência de um sistema de climatização em um veículo em movimento há 1 hora, temperatura ambiente de 30°
C e com incidência direta de luz solar sobre o veículo.

Um sistema de climatização possibilita reduzir a temperatura interna de um veículo, gerando maior conforto e segurança para os ocupantes

Um efeito colateral, tão importante quanto a queda da temperatura, é a desumidificação e depuração do ar. O filtro antipólen e o filtro de carvão ativado representam fatores complementares para a depuração do ar. Esta depuração favorece principalmente as pessoas que sofrem de doenças alérgicas.

Aspectos físicos da refrigeração

Há muito tempo são conhecidos os esforços humanos para conseguir efeitos de refrigeração. Um primeiro procedimento para a refrigeração de produtos alimentícios foi armazená-los em uma caixa com gelo.

O gelo = água no estado sólido absorve o calor dos produtos alimentícios, fazendo com que eles esfriem. O gelo derrete por isso, passando para um outro estado; ele se liquefaz, tornando-se água.

Os efeitos da troca de calor, através dos quais uma substância modifica seu estado em determinadas condições, são utilizados e colocados em prática na técnica da climatização.

Se for modificada a pressão sobre um líquido, modifica-se também o seu ponto de ebulição. Todos os líquidos se comportam de forma similar. Tomando como exemplo a água (H2O), sabemos que, quanto mais baixa for a pressão, mais baixa será a temperatura de ebulição.

Isto é facilmente visualizado ao ferver a água em diferentes altitudes. Quando se está ao nível do mar a água é fervida a 100ºC, porém, quando sobe-se a serra a temperatura do ponto de ebulição da água diminui, pois a pressão atmosférica em regiões mais altas também é menor, resultando em um processo de ebulição mais rápido.

O processo de evaporação também é utilizado nos climatizadores veiculares. Por isso, o sistema climatizador utiliza uma substância de fácil ebulição, que recebe o nome de fluido refrigerante, cujo ponto de ebulição segue abaixo:

• Fluido refrigerante R134a: -26,5° C.

O ponto de ebulição indicado para os líquidos considera sempre uma pressão
atmosférica de 0,1 MPa = 1 bar

Através do gráfico de Pressão x Temperatura do fluído refrigerante R134a, é possível concluir que se for mantida uma pressão constante e for reduzida a temperatura, o vapor passa para o estado líquido. No circuito de refrigeração do climatizador esta transformação ocorre no condensador. Já quando é reduzida a pressão do fluido refrigerante, ele passa do estado líquido para o gasoso. No circuito de refrigeração do climatizador esta transformação ocorre no evaporador.

Princípio conceitual do circuito de refrigeração

Para resfriar alguma coisa é necessário dissipar calor. Para isso, é utilizado nos veículos um sistema de refrigeração por compressão. Um fluido refrigerante circula por um circuito fechado e alterna continuamente entre os estados líquido e gasoso, graças a variação de pressão dentro deste circuito.

• É comprimido no estado gasoso;
• Condensa dissipando calor;
• Evapora por redução da pressão, e absorvendo calor.

A redução de pressão dentro do circuito refrigerante pode ser realizada por meio da utilização de uma válvula de expansão ou tubo de orifício, sendo que para cada um destes componentes é utilizado um circuito distinto como pode ser visualizado no alto da página:

O circuito de refrigeração é acionado com o motor do veículo em funcionamento. Dessa forma, o compressor possui um acoplamento eletromagnético, iniciando o ciclo de refrigeração com o compressor aspirando o refrigerante frio, gasoso, submetido a baixa pressão e comprimindo-o. O refrigerante que esquenta nessa operação, a seguir, é impelido para o circuito (lado de alta pressão).

Os circuitos de refrigeração necessitam dos componentes descritos nesta ilustração para realizar perfeitamente
a tarefa de climatização do ar no habitáculo interno do veículo

O refrigerante passa por uma tubulação até chegar ao condensador. No condensador, é retirado o calor do “gás” comprimido e quente por meio da passagem de ar frontal, quando o veículo está em movimento e do ar que circula através do eletroventilador. Quando o refrigerante gasoso atinge o ponto de liquefação em função da pressão, condensa, tornando-se líquido.

O refrigerante líquido e comprimido continua fluindo até chegar a uma restrição que pode ser um tubo com orifício calibrado ou uma válvula de expansão. Ali ele passa para o interior do evaporador, produzindo uma queda de pressão (lado de baixa pressão). O refrigerante líquido é pulverizado para o interior do evaporador, se expande e evapora. O calor necessário para evaporação é retirado do ar quente que passa através do evaporador. Essa troca de calor, além de proporcionar a evaporação do fluido refrigerante, resfria também o ar que admitido para o habitáculo interno do veículo. Desta forma, no interior do veículo as temperaturas diminuem, resultando em um ambiente agradável.

O refrigerante está novamente em estado gasoso, quando sai do evaporador. Desta forma é aspirado novamente pelo compressor, para percorrer novamente o circuito de refrigeração.

Para a lubrificação de todas as peças móveis do climatizador é necessário um óleo especial para máquinas frigoríficas, insento de impurezas tais como enxofre, cera e umidade.

O óleo deve ser compatível com o refrigerante, pois se mistura com uma parte dele e segue com o mesmo pelo circuito de refrigeração e não deve atacar os elementos de estanqueidade do sistema.

Não devem ser utilizados outros tipos de óleos, pois provocam uma deposição do cobre, carbonização e produção de resíduos. As consequências disso são um desgaste prematuro e a destruição dos componentes móveis.

Para o circuito de refrigeração que utiliza o R134a é utilizado óleo sintético especial. Deve ser utilizado exclusivamente para este refrigerante, por não ser miscível com outros tipos de óleo. O óleo para máquinas frigoríficas pode ser especificado também pelo tipo de compressor.

O óleo para máquinas frigoríficas carregadas com R134a tem a designação: PAG = Poly-Alkylen-Glykol, cujas características são:

• Alto poder de dissolução com o agente refrigerante;
• Boas propriedades lubrificantes;
• Isento de ácidos;
• Intensamente higroscópico (absorve umidade);
• Não miscível com outros óleos.

A capacidade de enchimento de óleo para máquinas frigoríficas varia em função do dimensionamento/desenho ou projeto do veículo em questão. Contudo, a proporção de distribuição é feita aproximadamente como indica o gráfico ao lado.

Não armazenar o óleo aberto, por ser intensamente higroscópio. Manter sempre fechado o reservatório de óleo, para protegê-lo contra a penetração de umidade. Fechar as embalagens abertas para consumo. Não utilizar óleo usado para máquinas frigoríficas. Descartar de forma ecológica como resíduo especial. Devido às suas propriedades químicas, o óleo para máquinas frigoríficas não deve ser descartado junto com óleo para motores ou óleo para engrenagens