Como funciona o ar condicionado nos aviões?

Jorge issopo, em 18/01/2010 as 15:15 disse:

Olá tudo bom,gostaria de saber como funciona o ar condicionado de uma aeronave, e se o regime de trabalho é por expanção expansão com gás refrigerante ou apenas reciclagem do ar?

Hum, vou tentar explicar da maneira mais fácil possível, de forma genérica, como funciona um sistema de “ciclo de ar”. Usarei um diagrama de Boeing 777, mas é bem semelhante ao do 767/757/747. O usado no 737 também é parecido mas há diferenças sutis, os Airbuses também.

Hoje em dia não se usa mais gás refrigerante (Freon), como o que era usado na época do ELectra. Apesar de ser um sistema extremamente eficiente, o fato de agredir o meio ambiente acabou cedendo lugar aos sistemas de ciclo de ar.

Então vamos tentar entender como funciona um sistema de ar condicionado, chamado comumente de “Packs” (a pronúncia é “péks”).

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No diagrama acima você pode ver os números 1 e 2 (entrada e saída de ar de refrigeração) e eles ficam na barriga do avião, como eu mostro nesta foto abaixo.

Conforme o avião voa, temos constantemente ar passando neste duto.. e é um ar bem gelado! Antes de continuar, você já deve estar com uma dúvida: mas quando o avião não está voando, também temos ar condicionado dentro!
É verdade, e para que isso aconteça, olhe no diagrama que a direita do número 2 tem um “ventilador”(F)… então, quando o avião não está voando, esse ventilador “puxa” o ar para entrar lá no 1 e sair no 2, então na prática é como se o avião estivesse voando mesmo que esteja parado.

Este ar que passa neste duto serve apenas para refrigerar um ar bastante quente que é “sangrado” do motor. Sim senhores, o ar que respiramos dentro do avião vem de dentro do motor! Agora que você já sabe disso, se um dia estiver voando e um cheiro de óleo e fumaça invadir a cabine, não precisa entrar em pânico, basta lembrar do que leu aqui no Aviões e Músicas e saber que deve ter sido apenas um rolamento do motor que rompeu o selo e que o comandante vai pousar no aeroporto mais próximo sem risco para ninguém tá?

Continuando, este ar quente entra ali no número 3 e passa no trocador de calor primário (PRI HX). Apesar do nome bonito, é um negócio parecido com radiador de carro. Quando o ar do “3″ passa ali, ele perde muito calor e fica mais fresco, e segue seu caminho até dar de cara com o compressor da ACM (Air Cycle Machine – Máquina de Ciclo de Ar – letra C). Este ar passa ali e faz o compressor girar (vejam que o eixo desta turbina é o mesmo eixo do ventilador.. se a turbina gira, o ventilador gira e puxa ar frio através dos trocadores de calor).

Quando o ar passou pela turbina, ele gerou energia e consequentemente se aqueceu, então ele segue por dentro do duto para passar dentro do SEC HX (trocador de calor secundário). Como esse trocador está bem na frente do fluxo de ar frio, o ar dentro do tubo fica de novo fresco e segue o caminho até o “4″, que é a entrada do “Reheater”(reaquecedor). Ele passa pelo reheater e vai para o condensador, onde sofre uma queda brusca de temperatura… tão brusca que o ar fica cheio de umidade (afinal é um condensador certo?).

O ar continua seu caminho e vai de encontro ao número 6, que é um coletor de água. O que esse bicho faz é remover toda a água do ar através de centrifugação (o ar fica tão seco que o seu nariz reclama lá na cabine, além de dar dor de cabeça).

E por que diabos o ar tem que ser tão seco dentro do avião a ponto do nariz querer sangrar em viagens longas??
Elementar meu caro Watson, a fuselagem das aeronaves, por serem metálicas, têm que ser protegidas de corrosão, e nada melhor para gerar corrosão do que umidade. Além do mais, temos uma plataforma digital embarcada em cada aeronave, e equipamentos eletrônicos não gostam muito de água né?
A Boa notícia para os que sofrem com baixa umidade do ar é que o novo Boeing 787, por ter fuselagem de material composto (fibras de carbono e outros materiais), não vai precisar ter o ar tão seco dentro da cabine, por isso os passageiros desta aeronave vão se sentir tão bem após longas viagens.

Bem, este ar está bem fresco e no caminho dele tem uma turbina (T1) para girar. Ar fresco não tem energia, então antes de chegar na turbina ele passa no reheater de novo, onde ele recebe um pouco do calor do ar que está entrando pelo 4 e dá um pouco de frio pro ar que vai entrar no condensador (genial não é?).

Beleza, o ar segue agora mais morno e gira a turbina T1. Nesta turbina é onde toda a mágica do condicionamento de ar é feita. Essa turbina expande o ar de tal maneira que ele fica abaixo de zero (-20 até) e aí sai geladão e adivinha onde tem que entrar? No condensador!!! Agora já dá pra entender como o ar que sai no 5 condensa super rápido? Por que tem ar super gelado que saiu da turbina trocando calor! E mais uma mágica acontece, porque esse ar que estava a -20 precisa chegar na turbina T2, mas lembram que eu falei que ar gelado não tem energia?
Então, ao passar pelo condensador duas coisas são feitas: ele gela o ar que veio do reheater pelo 4 e se aquece um pouquinho para seguir o caminho com mais energia até a turbina T2. É ou não é genial de novo!??!?!?!

Agora o ar está seguindo meio morno e ao chegar na turbina T2 toma outra expandida e cai pra baixo de zero novamente (como a água já foi removida lá atrás, não há perigo de formar gelo).

Pronto, o ar super gelado segue o caminho até o “Mix Manifold”, onde vai ser misturado com ar filtrado e recirculado que vem da cabine e seguirá seu destino até entrar na cabine, geladinho :)

Espero que tenha dado pra ter uma noção mais ou menos de como funciona um sistema de ar condicionado em aviões modernos.

Só por curiosidade, a ACM (turbinas e compressores) gira a mais de 60.000 vezes por minuto. Isto é tão rápido que o eixo não possui rolamentos físicos, ele fica suspenso num colchão de ar para reduzir o atrito ao mínimo.

Uma outra curiosidade é que o Boeing 787 não vai ter ar sangrado do motor, vai ter um compressor separado de ar (de funcionamento elétrico), mas apesar disso o sistema de packs deve ser bem semelhante.

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Sobre o Autor

Um técnico com bom senso :) 28 anos de aviação comercial, de Lockheed Electra a Boeing 787. Tentando simplificar a complexidade da aviação.
  • Lvcivs

    Que aula, Lito! Show de bola… isso sempre foi um mistério pra mim! É diferente do funcionamento do ar condicionado que não voa, ehehehe

  • Rodrigo Domingues

    Lito,

    você disse isso várias vezes e é realmente GENIAL!

    Só mais uma coisinha que eu não consigo entender… Já que tem tanto ar disponível porque o ar da cabine é reaproveitado? E outra, porque tirar tanta umidade? Qual seria o problema ou a controvérsia de deixar entrar um ar um pouco mais úmido na cabine? Ouvi em algum lugar que o 787 vai ter um ar mais úmido e a pressão da cabine vai simular uma altitude bem menor…

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      @Rodrigo Domingues, o ar da cabine é reaproveitado por economia de combustível. Quanto mais ar for reaproveitado, menos ar é sangrado do motor e mais econômico o voo fica.
      O ar úmido pode causar problemas de corrosão com o passar do tempo. Como o 787 é de material composto, não tem problema de corrosão e portanto o ar dentro dele pode ser mais úmido.

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  • Marcelo

    Outra dúvida: o ar que respiramos ao nível do mar possui em torno de 21% de oxigênio. Essa concentração diminui com a elevação da altitude (que o digam os jogadores que vão a La Paz disputar uma partida de futebol!). Sendo assim, como é feita essa compensação de baixa concentração de oxigênio no ar que os aviões captam para seus sistemas de ar condicionado, em altitudes de cruzeiro?

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      @Marcelo, não existe compensação. Por isso você fica bêbado mais rápido com apenas uma cervejinha, e por isso também muitos passageiros ficam com dor de cabeça, pois a altitude dentro da cabine é mantida a 8.000 pés sem compensação de nível de O2.

  • Roberto Horvatte

    Lito boa tarde, vc teria o diagrama do ar condicionado de aeronaves menores , como jatos da embraer.

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  • Wagnercardoso

    existe curso no rj para esse tipo de trabalho

  • Superleo

    Excelente explicação! Achava que fosse um sistema muito simples e não é. Só uma dúvida: como se dá a regulagem da temperatura? A intensidade de giro das turbinas do sistema é que define isso?

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      Boa pergunta. A regulagem não é feita nas packs propriamente ditas, elas sempre vão jogar o ar no máximo de frio para o sistema. A regulagem é feita misturando ar quente sangrado do motor que não passa pela pack. Existem umas válvulas chamadas de “trim air” que ficam modulando e controlando a temperatura baseado nos sinais de sensores que ficam espalhados pela cabine de passageiros. Em um dia muito quente, as trim airs estarão praticamente fechadas o tempo todo, em um dia muito frio, elas estrão quase totalmente abertas. Esta mistura do ar quente com o frio se dá ou dentro do “manifold” ou um pouco antes de entrar no manfold, depende do avião. Abs

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  • Pedro Milanez

    Lito, perfeito! Seus artigos são 100!

    Duvida, o barulho agudo que escutamos fora do avião no solo vem da APU ou dos funcionamento das packs com essas turbinas e compressores?

    Abs

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      O barulho mais agudo é das packs de ar condicionado. A APU tem um barulho de tom médio (a menos que seja um APU de ERJ145 ou EMB-120, cujo barulho é agudo também).

  • Karis

    Muito esclarecedor seu texto.. tenho muito medo de aviao, e ontem mesmo, estava num voo de sao paulo para foz do iguacu, e durante o voo de cruzeiro, notei que as turbinas as vezes faziam um barulho mais forte, como se o motor tivesse sendo acionado para que nao se perdesse altitude. Com um pouco de receio, perguntei ao comissario do que se tratava (pois esse barulho estava estranho),e ele disse que era a potencia do motor puxando ar para a aeronave… isso confere? Obrigada!!

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      Olá @a0eae961ba8c77ad2c70b26981dd7749:disqus , vamos por partes..rs. Os motores sempre estão jogando ar para dentro da cabine, é isto que a faz pressurizar, no entanto não é necessário acelerar para isto, logo, a informação que te deram não confere. Em voo de cruzeiro não é comum haver troca de potência a menos que haja mudança de nível de voo, por exemplo, pode acontecer de ter que subir um pouco para evitar área de instabilidades e assim como precisamos acelerar um carro para subir um morro, o avião faz o mesmo. O inverso também é verdadeiro, pode ter ocorrido uma pequena descida por algum motivo, e como durante a descida a potência se reduz, ao chegar no nivel desejado o motor re-acelera para manter a velocidade. Agora se o barulho que vc ouviu não era de motor e sim do ar condicionado, também há explicação, mas nada que comprometa a segurança. Durante o voo de cruzeiro, apenas relaxe e aproveite a viagem, estatísticas mostram que menos de 10% dos acidentes aéreos, que já são raríssimos, ocorrem na fase de cruzeiro. 

  • Garcezcabral

    Caros, qual a potência do ar condicionado de um 787?

  • Bruno_espindola9

    caro lito, eu ia fazer uma viagem do rio de janeiro para porto alegre num voo da azul cuja a aeronave comportava aproximadamente 100 ps (nao sei o modelo) e ja embarcado o comandante avisou que as luzes iriam se apagar para dar um reset no sistema.  logo apos as luzes voltaram e refrigeraçao nao. o mesmo disse que precisaria de uma fonte de energia externa para solucionar o problema. em outras palavras aparentou uma chupeta para dar a partida nas turbinas.  tiveram que vir 3 geradores de cia terceirizada paradar a tal partida.  nisso eu dedisti de seguir viagem e preferi sair da aeronave.  pergunto o seguinte.  aparentemente o seistema de bateria da aeronave nao estava funcionando suficientemente bem para dar a partida. seguir viagem atraves de uma ” chupeta” na sua opniao poderia comprometer a segurança do voo. ?

    • http://www.facebook.com/people/José-Eduardo-Pinheiro/100002318131638 José Eduardo Pinheiro
    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      @edfa7cf67a0d7ffad4993f2b67ae13af:disqus , o Link que o @facebook-100002318131638:disqus mostrou explica o funcionamento do APU, que é o equipamento que deu problema no seu voo. Não há qualquer comprometimento de segurança. Fazendo uma analogia ao automóvel (que foi o que você usou), seria o mesmo que seu carro pegar “no tranco”, uma vez que o motor esteja funcionando, o carro vai te levar de um lugar a outro sem problema certo?. Abs.

  • Giovane Esteves

    Lito, muito interessante a sua explicação. No entanto gostaria de abusar um puco mais de sua boa vontade hehe! Em uma aula de cursinho meu professor de física estava explicando a 1 lei da termodinâmica, e ao explicar a transformação adiabática, ele nos deu como exemplo dessa transformação, em que havia compressão( o W0), o funcionamento do ar condicionado em aviões (no caso retiraria-se o ar da atmosfera o o comprimiria de modo que o aquecesse) . Essa informação confere? Se sim, em qual etapa do esquema posso observa-la?

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      Bem, no sentido de aquecimento não ocorre nas packs, mas ocorre dentro do motor onde o ar é sangrado. O ar atmosférico é comprimido e aquece e é tão rápido que pode ser considerado uma transformação adiabática. No sentido de resfriamento, ocorre no compressor da Air Cycle Machine (letra “c” perto do número 2 no esquema), o ar sofre uma expansão tão gigantesca que atinge menos de zero graus celsius quase instantaneamente.

      • Giovane Esteves

        Entendi, ocorre uma expansão adiabática, e não uma compressão. Muito obrigado Lito, por esclarecer minhas dúvidas. Abraços e parabéns novamente pelo blog!

  • Paulo Villar

    Pergunta tardia… Nos Aviões cargueiros há ar condicionado na parte de cargas? No caso de Avião convertido, é retirado o sistema?

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      Não, é mantido com algumas diferenças (Não são necessários os dutos que ventilam os passageiros por exemplo. Não sou especialista em cargueiro, teria que ver o esquema do que muda, mas as packs de ar condicionado continuam lá, mesmo porque fazem parte do sistema de pressurização.

  • Minasi

    Boa noite Lito, minha empresa comprou uma aeronave Baron58 é um bi motor, mas veio sem ar condicionado, qual o ar condicionado sugerido para esta aeronave? Sao apenas tripulação e 5 passageiros, Com certeza nao seria igual ao 787 ( risos)
    paulo@ftwsatcom.com

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      Desculpe Minasi, não possuo experiência em aviação regional, mas imagino que deve ser algum do tipo ciclo-vapor.

      Lito
      http://www.avioesemusicas.com
      Sent from my Nexus 4
      Em 15/01/2013 23:58, “Disqus” escreveu:

  • Pingback: Nitrogênio nos tanques de combustivel?

  • http://www.facebook.com/jaader18 Jader Botelho

    eu fiz uma banca da anac, onde caia a pergunta de qual sistema de ar condicionado é usada recentemente, e a resposta deles é o ciclo de vapor, onde também por ser feita a execução em solo, com aquelas máquinas de apoio .. esse que vc explicou é o ciclo de ar pra ar não é ?

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      Este é o problema da ANAC, o que eles querem dizer com “recentemente”? 100% da aviação comercial usa ciclo a ar, ciclo a vapor ficou para época do 707, Electra…. os testes da ANAC não se reciclam.

  • danilo ribeirao

    lito, estou fazendo meu tcc sobre ciclo de ar e escolhi sobre os boing 777 desse modelo que vc postou,tem algum lugar que eu possa estudar mais sobre todo o funcionamento desse assunto.obrigado danilo

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      Só em manuais de manutenção e ainda assim bem superficial. Acredito que existam livros didáticos explicando o funcionamento, mas nem sei onde você encontraria.

  • Adriciel Morais

    ola trabalho com ar condicionado de autos(maquinas carros etc) gostaria de saber para trabalhar com refrigeração de aeronaves teria quer fazer o curso de mecânico ou apenas um curso técnico de refrigeração de aeronaves??? lito li varias vezes e da pra ter uma pequena noção mas e bem complicado a formas de condensar, só que no sistema com gás em bem mas fácil vi um diagrama de um sistema com refrigeração com gás e e bem parecida com o sistema de autos!

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      Se você quiser trabalhar diretamente no avião, precisa ter o curso de mecânico. Se quiser trabalhar em oficinas de reparo de componentes, teria que dar uma olhada nos regulamentos da ANAC. Nenhuma aeronave de grande porte usa sistema a gás, por razões econômicas, de manutenção e de peso.

  • Rodrigo

    Ok, não sei se não entendi direito, mas fiquei com uma dúvida. O oxigênio entra onde neste ciclo todo???

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      Rodrigo, o oxigênio está presente na atmosfera, apenas em menor quantidade lá em cima, por isso a necessidade dos aviões serem pressurizados. O ar que vai para cabine é o mesmo ar que entra no motor.

      • Rodrigo

        hmmm Obrigado, sinceramente eu acreditava que tinha algum abastecimento “extra”, não que tudo vinha do exterior da aeronave!! Valeu =D

  • Fernandes

    Olá Lito excelente explicação do funcionamento do sistema de ar condicionado do avião, minha área é refrigeração industrial, desenvolvo animações didáticas em várias áreas feitas no flash , pretendo fazer uma animação deste sistema de ar condicionado de avião. veja no link algumas animações.

    https://skydrive.live.com/?cid=776a2707d6fbd7b3#cid=776A2707D6FBD7B3&id=776A2707D6FBD7B3%21188

    fernandesfo@yahoo.com.br
    Um abraço Fernandes – Fortaleza Ceará BRASIL

  • Wesley

    É impressão minha ou você não gosta da AirBus?

    • http://www.avioesemusicas.com Lito

      Eu não trabalho com Airbus, se trabalhasse talvez o compartilhamento do conhecimento fosse mais focado naquele fabricante. Como preciso ter certeza do que divulgo, prefiro falar do que conheço. http://www.avioesemusicas.com/tag/airbus

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