Climatização automotiva

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Chrysler Imperial de 1953 com ar condicionado de série.

A climatização automotiva, ou sistema de condicionamento de ar de automóvel, é um sistema que trata o ar existente no interior de um automóvel, chamado habitáculo de passageiros; onde este tratamento consiste em regular as condições do ar em relação a: temperatura, umidade e, ventilação, proporcionando conforto térmico ao condutor e aos passageiros dentro de um veículo, durante o deslocamento veicular em locais quentes e úmidos.

Ocorre muito debate sobre como a climatização afeta a eficiência em relação ao consumo de combustível de um veículo, levando em consideração a aerodinâmica, a potência do motor e o peso do veículo. Outros fatores, como o sobre-aquecimento do motor de um veículo, também têm um impacto no sistema de arrefecimento do mesmo.

Em 1939, a Packard foi o primeiro fabricante de automóveis do mundo a introduzir um sistema condicionador em um veículo. Não era eficiente, sem uso de termostato e nem mecanismo de automático para desligar.

A maioria dos sistemas condicionadores disponíveis para automóveis usavam um sistema de aquecimento separado e um compressor montado no motor, acionado pela cambota através de uma correia, com um evaporador instalado no bagageiro para distribuir o ar refrigerado através de respiradouros na traseira e no teto no interior do automóvel (habitáculo de passageiros). Na década de 1950, foram desenvolvidos sistemas totalmente montados na parte frontal dos automóveis.[1][2][3][4][5]

Atualmente, a maioria dos condicionadores de ar automotivos funciona por um sistema de compressão de vapor. Esse sistema faz com que o calor presente no interior do veículo seja retirado, o que provoca uma redução na temperatura e propicia um maior conforto térmico para o condutor.

História[editar | editar código-fonte]

Em 1933, uma empresa na cidade de Nova Iorque (Estados Unidos), ofereceu pela primeira vez a instalação de um aparelho climatizador de ar para carros. A maioria de seus clientes possuía limusines e carros de luxo.[6] Em outubro de 1935, Ralph Peo, da indrústria Houde Engineering, na cidade nova-iorquina de Buffalo (Nova Iorque), solicitou um registro de patente para uma "Unidade de resfriamento de ar para automóveis" (patente 2 099 227), concedida em novembro de 1937.

Em 1939, a fabricante Packard tornou-se o primeiro fabricante de automóveis a oferecer um climatizador em seus carros, na forma de item opcional, onde a instalação era através do pagamento adicional de 274 dólares[7] (o opcional foi descontinuado após 1941).[8] Essas unidades volumosas foram fabricadas pela "Bishop and Babcock Weather Conditioner" (B&B), de Cleveland (Ohio) e encomendadas para aproximadamente dois mil automóveis.[9] Esta também incorporou um aquecedor. Os carros encomendados com esta opção foram enviados das instalações do East Grand Boulevard da Packard para a fábrica da B&B onde a conversão foi realizada.

O sistema de climatização da Packard não foi comercialmente bem sucedido porque: o sistema ocupava metade do espaço do porta-malas; foi substituído por sistemas mais eficientes nos anos pós-guerra; não tinha o sensor termostato ou mecanismo de desligamento, além de desligar o ventilador o ar frio às vezes ainda entrava no carro devido a correia de transmissão estava continuamente conectada ao compressor; o preço era inacessível para a maioria das pessoas na América da depressão/pré-guerra.

O Chrysler Imperial de 1953 foi um dos primeiros automóveis de produção em doze anos a oferecer um climatizador moderno como opção, seguindo experimentos de Packard em 1940 e Cadillac em 1941.[10] Walter Chrysler tinha visto a invenção do condicionador de ar Airtemp na década de 1930 para o Chrysler Building, e o ofereceu em carros em 1942 e novamente em 1952.

Em 1953, os automóveis Cadillac, Buick e Oldsmobile adicionaram um climatizador como opção em alguns de seus modelos.[11] Todos esses sistemas Frigidaire usavam componentes separados no motor e no porta-malas.[12][13]

Em 1954, o Nash Ambassador foi o primeiro automóvel americano a ter um sistema de aquecimento, ventilação e resfriamento totalmente integrado,[14][15] chamado de "All-Weather Eye".[16] A corporação Nash-Kelvinator usou sua experiência em refrigeração para apresentar o primeiro sistema de aquecimento e climatização compacto e acessível da indústria automobilística, opcional para os modelos Nash.[17] Possuía um único controle termostático, com uma opção de climatização do passageiros bom e extremamente barato,[18] com aberturas montadas no painel.[19] Este foi o primeiro sistema em massa com controles no painel e uma embreagem elétrica.[20] Todos os seus componentes eram instalados na área do capô.[21] O layout alternativo unificado iniciado por Nash "tornou-se uma prática estabelecida e continua a formar a base dos modernos e mais sofisticados sistemas automáticos de controle climático".[22]

Funcionamento[editar | editar código-fonte]

Regassing the aircon of a Ford Focus 2017 04.jpg

Os sistemas de climatização veicular possuem quatro componentes básicos: compressor, condensador, dispositivo de expansão e evaporador.

Aircon.audi.JPG

O ciclo termodinâmico que ocorre no interior dos veículos começa com o fluido refrigerante no estado gasoso a uma temperatura próxima de 0°C. O compressor, que está acoplado ao motor, comprime o fluido rapidamente (compressão adiabática), fazendo com que a temperatura e a pressão aumentem; esta fica próxima do ponto de saturação (ponto no qual o gás fica no limite de sofrer uma transformação de estado) e aquela se eleva para aproximadamente 80°C. Após isso, o fluido, que está à alta temperatura e pressão, é levado ao condensador, onde troca calor com o meio externo. Como as temperaturas externas não são superiores a temperatura do fluido, este perde calor, liquefazendo-se. A seguir, o fluido sai do condensador no estado liquido e à temperatura relativamente alta, deslocando-se para o dispositivo de expansão, que, como o próprio nome já diz, expande o gás, fazendo com que a temperatura e a pressão sejam bruscamente reduzidas. A temperatura muda para aproximadamente 0°C. Finalmente, o gás é levado ao evaporador, que se localiza próximo ao painel do veículo, onde o fluido, por estar a uma temperatura inferior ao ambiente interno do automóvel, retira calor deste, o que proporciona a evaporação do fluido e a redução da temperatura interna do automóvel. Em seguida, o fluido volta para o compressor, repetindo o ciclo.[23][24]

Componentes[editar | editar código-fonte]

Fluido refrigerante[editar | editar código-fonte]

Inicialmente, era utilizado o gás CFC-12 (um clorofluorocarboneto) nos sistemas de climatização, todavia, devido a sua contribuição para a redução da camada de ozônio, foi substituído pelo HFC-134a (um hidrofluorocarboneto), fluido não inflamável e não tóxico.[23][24]

Compressor[editar | editar código-fonte]

Jeep 2.5 liter 4-cylinder engine chromed d.jpg

O compressor, por estar ligado ao motor do carro, quando ligado “rouba” parte da energia proveniente da queima do combustível. Por esse motivo, o ar condicionado, mesmo não estando ligado, influencia no consumo de combustível do automóvel, pois aumenta a carga sobre o motor. Obviamente, quando o compressor está ligado (ar condicionado ligado) a influência é notoriamente maior. A potência dos veículos também é afetada, principalmente em automóveis com menor número de cilindradas (automóvel 1.0).

Condensador[editar | editar código-fonte]

O condensador é posicionado em local que possua bom fluxo de ar, pois o ar externo é o responsável pela liquefação do fluido. Além disso, o condensador possui ventoinhas, que são acionadas em situações nas quais o fluxo de ar não é suficiente para a transformação de fase do fluido: quando o carro está parado, por exemplo. Os condensadores automotivos são providos de tubos metálicos nos quais o fluido refrigerante circula. O ar externo que entra em contato com o condensador circula por aletas soldadas a esses tubos. Inicialmente, os tubos eram feitos com ferro e cobre, contudo, devido a menor massa e à facilidade de reciclagem, o alumínio é o material mais utilizado atualmente.

Dispositivos de expansão[editar | editar código-fonte]

Existem dois tipos mais comuns de dispositivos de expansão, a válvula de expansão termostática e os tubos de orifício. Ambos produzem o mesmo resultado: reduzem a pressão e a temperatura do fluido (no estado líquido) que sai do condensador, deixando-o nas condições ideais para se dirigir ao evaporador.

Evaporador[editar | editar código-fonte]

O evaporador é o local onde ocorre a evaporação do fluido refrigerante. Sua estrutura é bastante similar a do condensador, pois ambos são trocadores de calor que recebem ar, que faz com que o fluido mude de estado físico. A diferença é que o fluido no interior do evaporador está a uma temperatura muito menor. A temperatura do fluido no evaporador é menor que a do interior do veículo, o que faz com que o calor flua para o fluido, que se vaporizará.

Dispositivos auxiliares[editar | editar código-fonte]

Em muitos veículos, o evaporador e o condensador possuem dispositivos que auxiliam no melhor funcionamento do ciclo de climatização. O separador de vapor e o acumulador de líquido são dispositivos que estão posicionados, respectivamente, na saída do condensador e do evaporador. O objetivo do primeiro é fazer com que apenas o fluido no estado líquido seja direcionado para a válvula de expansão, analogamente, o objetivo do segundo é fazer com que apenas o fluido no estado gasoso seja levado ao compressor.[23][24]

Ciclo de climatização veicular e a Segunda Lei da Termodinâmica.

O condicionador de ar automotivo e a 2ª Lei da Termodinâmica

Conforme a Segunda Lei da Termodinâmica:

onde "Qh" e "Qc" são, respectivamente,os calores liberados e retirados dos reservatórios quente e frio; e W é o trabalho realizado/fornecido.

No sistema de climatização automotiva:

  • "Qh" é o calor liberado no condensador.
  • "W" é o trabalho realizado pelo compressor.
  • "Qc" é o calor recebido pelo evaporador.

O calor liberado pelo veículo é, em um ciclo real, maior que a soma do trabalho e do calor retirado do interior do automóvel, principalmente devido ao atrito no interior das tubulações, à influência da radiação solar, etc.[23][24]

Sistema básico do climatizador de um veículo

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. Michigan Fast Facts and Trivia
  2. Air Conditioning and Refrigeration Timeline, National Academy of Engineering
  3. Air Conditioning and Refrigeration History - part 4, National Academy of Engineering
  4. ALDER, Dennis, Packard, MBI Publishing Company,2004
  5. NUNNEY, Malcolm J., Light and Heavy Vehicle Technology, Elsevier Science & Technology Books, 2006
  6. «First Air Conditioned Auto». Popular Science. 123 (5): 30. Novembro de 1933. Consultado em 16 de abril de 2015 
  7. «Michigan Fast Facts and Trivia». 50states.com. Consultado em 16 de abril de 2015 
  8. Adler, Dennis (2004). Packard. [S.l.]: MBI Publishing. ISBN 9780760319284 
  9. Adler, Dennis (2004). Packard. [S.l.]: MBI Publishing. ISBN 9780760319284 
  10. Langworth, Richard M. (1994). Chrysler and Imperial: The Postwar Years. [S.l.]: Motorbooks International. ISBN 0-87938-034-9 
  11. «1953 Cadillac Brochure». oldcarbrochures.org. p. 5. Consultado em 16 de abril de 2015. Arquivado do original em 7 de fevereiro de 2015 
  12. «1953-Buick Heating and AC Folder». oldcarbrochures.org. pp. 10–11. Consultado em 16 de abril de 2015. Arquivado do original em 7 de fevereiro de 2015 
  13. «1953 Oldsmobile Brochure». oldcarbrochures.org. p. 23. Consultado em 16 de abril de 2015. Arquivado do original em 7 de fevereiro de 2015 
  14. «Nash Low Cost Air Conditioner Cools or Heats by Turning Knob». Popular Mechanics. 101 (5): 86. Maio de 1954. Consultado em 16 de abril de 2015 
  15. «One Control Heating Cooling». Motor. 101: 54. 1954. Consultado em 16 de abril de 2015 
  16. «News of the Automotive World – Nash Air Conditioner Combines Heating, Cooling, and Ventilating». Automotive Industries. 110: 86. 1954. Consultado em 16 de abril de 2015 
  17. Gunnell, ed. (1987). The Standard Catalog of American Cars 1946–1975. [S.l.]: Krause Publications. ISBN 978-0-87341-096-0 
  18. Stevenson, Heon J. (2008). American Automobile Advertising, 1930–1980: An Illustrated History. [S.l.]: McFarland. ISBN 978-0-7864-3685-9. Consultado em 16 de abril de 2015 
  19. Binder, Al; the Ward's staff (2 de fevereiro de 2001). «Rearview Mirror». Ward's AutoWorld. Consultado em 16 de abril de 2015. Cópia arquivada em 24 de novembro de 2011 
  20. Daly, Steven (2006). Automotive Air-Conditioning and Climate Control Systems. [S.l.]: Elsevier Science & Technology Books. ISBN 978-0-7506-6955-9. Consultado em 16 de abril de 2015 
  21. Wolfe, Steven J. (2000). «HVAC Time Line». Refrigeration Service Engineers Society Twin Cities Chapter. Consultado em 16 de abril de 2015. Cópia arquivada em 21 de novembro de 2009 
  22. Nunney, Malcolm J. (2006). Light and Heavy Vehicle Technology. [S.l.]: Elsevier Science & Technology Books. ISBN 978-0-7506-8037-0 
  23. a b c d http://www.automotiva-poliusp.org.br/wp-content/uploads/2013/02/moura_marcelo.pdf
  24. a b c d http://www.automotiva-poliusp.org.br/wp-content/uploads/2013/02/santos_eduardo.pdf


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