How does an air conditioner actually work? - Anna Rothschild

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: António Ribeiro

Typically, with any piece of technology, you get out what you put in.

Normalmente, com qualquer peça de tecnologia, obtemos o que lá colocamos.

Pump one unit of energy into an electric toaster

Se alimentarmos uma torradeira elétrica com uma unidade de energia

and you get about one out in the form of heat.

obtemos a mesma unidade sob a forma de calor.

That’s just the first law of thermodynamics:

Esta é a primeira lei da termodinâmica:

energy has to be conserved.

a energia tem de ser conservada.

But there's a piece of technology called a heat pump,

Mas há uma tecnologia chamada bomba de calor,

where for every bit of energy you put in, you get 3 to 5 times as much heat out.

em que, para cada pedacinho de energia que lá metermos,

obtemos 3 a 5 vezes mais calor.

What wizardry is this?

Que magia é essa?

Heat pumps have been hailed as a climate-friendly heating solution

As bombas de calor são consideradas

uma solução de aquecimento mais amiga do clima

to traditional heaters,

que os aquecedores tradicionais,

most of which operate by burning fossil fuels.

a maioria dos quais funciona queimando combustíveis fósseis.

So much so that in 2021,

Tanto é assim que, em 2021,

heating buildings was responsible for about 10%

o aquecimento de edifícios foi responsável

por cerca de 10% das emissões globais de CO2

of global energy-related CO2 emissions.

relacionadas com a energia.

Heat pumps reduce emissions in two ways—

As bombas de calor reduzem as emissões de duas formas:

first, they run on electricity,

funcionam com eletricidade,

meaning less fossil fuel use as grids make the switch to renewable energy.

ou seja, usam menos combustíveis fósseis

à medida que as redes vão mudando para a energia renovável.

And second, they're more efficient than their counterparts,

Também são mais eficientes do que os seus homólogos,

using less energy to produce the same amount of heat.

pois usam menos energia para produzir a mesma quantidade de calor.

Where a typical oil or gas boiler is, at best, about 90% efficient,

Enquanto uma caldeira vulgar a óleo ou a gás

na melhor das hipóteses, tem uma eficiência de cerca de 90%,

some heat pumps can achieve 500% efficiency.

algumas bombas de calor podem atingir 500% de eficiência.

Heat pumps rely on the same technology as air conditioners.

As bombas de calor têm a mesma tecnologia

que os aparelhos de ar condicionado.

And in fact, they often double as air conditioners,

E costumam funcionar como aparelhos de ar condicionado,

heating your home in the winter and cooling it in the summer.

aquecendo as casas no inverno e arrefecendo-as no verão.

How? Air conditioners take heat from your home and move it outside.

Como? Os aparelhos de ar condicionado retiram o calor das casas

e transportam-no para o exterior.

To do so, they harness the second law of thermodynamics.

Para isso, servem-se da segunda lei da termodinâmica.

That’s the one that says that heat will always move from a hotter object

É aquela que diz que o calor passa sempre

de um objeto mais quente para um mais frio.

to a colder one.

When you turn on your A/C,

Quando ligamos o ar condicionado,

a fan blows the hot air from your home over coils

um ventilador sopra o ar quente da nossa casa

containing a substance called a refrigerant.

por cima de bobinas que contêm uma substância chamada refrigerante.

As moléculas de um refrigerante transformam-se em gás

A refrigerant’s molecules turn to gas at relatively low temperatures,

a uma temperatura relativamente baixa.

so as it collects thermal energy from the hot air in your home, it boils.

Quando recolhe energia térmica do ar quente da nossa casa,

o refrigerante entra em ebulição.

Then, it passes into a compressor,

Depois, passa para um compressor

which pushes the gas molecules closer together,

que comprime as moléculas de gás umas contra as outras,

heating them up even more.

aquecendo-as ainda mais.

Now that gas is hot— way hotter than the outside air.

Assim, esse gás fica muito mais quente do que o ar exterior.

Portanto, quando um ventilador sopra sobre o refrigerante,

So when a fan blows over the refrigerant,

thermal energy transfers to the comparatively cold air outside.

a energia térmica é transferida para o ar mais frio do exterior.

As the refrigerant releases heat, it starts to liquefy.

O refrigerante, à medida que liberta calor começa a liquefazer-se

It goes through an expansion valve, which decreases the pressure,

e passa por uma válvula de expansão, que faz baixar a pressão,

causing it to get even colder.

fazendo com que fique ainda mais frio.

Agora está pronto para recolher mais calor da casa e reiniciar o ciclo.

Now, it’s ready to pick up more heat from your house and start the cycle again.

In winter, heat pumps work exactly the same way.

No inverno, as bombas de calor funcionam exatamente da mesma maneira.

But this time they pick up heat from outside and move it into your home.

Mas desta vez recolhem o calor do exterior e movem-no para dentro de casa.

Of course, it’s sometimes freezing outside when you want to use your heater.

Claro, às vezes lá fora está um gelo quando queremos usar o aquecedor.

But the air doesn’t need to be warm—

Mas o ar não precisa de estar quente,

it just needs to be warmer than the refrigerant to transfer its heat.

só precisa de estar mais quente do que o refrigerante

para transferir o seu calor.

All this sounds great, but for now there are some drawbacks to this technology.

Tudo isto parece ótimo, mas para já, há algumas desvantagens nesta tecnologia.

First, refrigerants can be potent greenhouse gases.

Primeiro, os refrigerantes podem ser potentes gases com efeito de estufa.

Hydrofluorocarbons are some of the most popular refrigerants.

Os hidrofluorocarbonetos são alguns dos refrigerantes mais populares.

But a single hydrofluorocarbon molecule can have 2,000 times

Mas uma única molécula de hidrofluorocarbono

pode ter 2000 vezes o impacto do CO2 no aquecimento global.

the global warming impact of CO2.

Durante a utilização, o refrigerante permanece contido num circuito fechado.

While in use, the refrigerant stays contained in a closed loop.

But when heat pumps, A/Cs, and refrigerators are improperly installed

Mas quando as bombas de calor, os A/C e os frigoríficos

são instalados incorretamente ou atirados para aterros sanitários,

or thrown into landfills, the refrigerant can leak out.

o refrigerante pode vazar.

So scientists are trying to create new refrigerants

Os cientistas estão a tentar criar novos refrigerantes

that are better for the environment.

que sejam melhores para o ambiente.

Also, the colder it is outside,

Além disso, quanto mais frio estiver lá fora,

the less efficient an air-to-air heat pump will be.

menos eficiente será uma bomba de calor ar-ar.

Nevertheless, over half the buildings in icy Norway use heat pumps.

No entanto, mais de metade dos edifícios na gelada Noruega usam bombas de calor.

Some people there have opted for pumps that draw heat from under the ground,

Algumas pessoas optaram por bombas que extraem calor debaixo do solo,

which stays more consistently warm, rather than heat from the air.

que permanece sempre mais quente, em vez de calor do ar.

Finally, there's the cost.

Finalmente, há o custo.

In the US, installing a small heat pump usually costs several thousand dollars,

Nos EUA, instalar uma pequena bomba de calor

normalmente custa vários milhares de dólares,

though some people need more powerful systems,

embora algumas pessoas precisem de sistemas mais potentes,

depending on the size of their home or the temperature in winter.

consoante o tamanho da sua casa ou da temperatura no inverno.

Muitas vezes, são apenas um pouco mais caros

Often they’re only a little more expensive than installing a new A/C system,

do que um novo sistema de ar condicionado,

and the heat pump can save money on utilities in the long run.

e a bomba de calor pode poupar dinheiro a longo prazo.

Mas substituir um sistema em funcionamento requer um investimento inicial

But replacing a working system requires an upfront investment

that a lot of people just don’t have.

que muitas pessoas não têm.

Still, as the risks of climate change loom,

Ainda assim, à medida que os riscos da alteração climática se avizinham,

many countries are offering subsidies to help with the costs.

muitos países estão a oferecer subsídios para ajudar com os custos.

And some cities are creatively harnessing seas, sewage, and data centers

Algumas cidades estão a aproveitar de forma criativa

os mares, os esgotos e os centros de dados

as heat sources, using heat pumps in manufacturing,

como fontes de calor,

a usar bombas de calor no fabrico

and even creating giant heat pumps for entire districts.

e até a criar bombas de calor gigantes para distritos inteiros.

So, are heat pumps actually breaking the first law of thermodynamics?

Então, as bombas de calor estão a quebrar a primeira lei da termodinâmica?

Of course not.

Claro que não.

They’re just not using their electricity to make heat.

Não estão a usar a sua eletricidade para produzir calor,

They're using it to power the compressor and spin the fans.

estão a usá-la para alimentar o compressor e para girar os ventiladores.

They get the extra energy for free— from heat in the air or underground.

Eles obtêm a energia extra de graça — do calor no ar ou no subsolo.

Which is how, by putting in 1 unit of energy,

É assim que, ao colocarmos uma unidade de energia,

you get 3 to 5 units of heat out.

obtemos 3 a 5 unidades de calor.

Seems like magic, but it's just physics.

Parece magia, mas é apenas Física.