Unidade 1 - Conceitos Iniciais de Refrigeração

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Unidade	1-	Conceitos	Iniciais	de
Refrigeração
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Introdução	da	disciplina
MESTRE	EM
ENGENHARIA	DE
MATERIAIS	E	DE
PROCESSOS	QUÍMICOS
E	METALÚRGICOS
Francisco	José	Rodrigues
da	Silva	Junior
ESPECIALISTA	EM
ENGENHARIA	DE
MANUTENÇÃO	E
SEGURANÇA
Kátia	Nascimento	de
Souza
Olá,	estudante!	Tudo	bem?	Para	darmos	início	ao	nosso	conteúdo,	assista	ao	vídeo
de	apresentação	a	seguir.
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Agora,	vamos	dar	início	à	nossa	unidade!
Introdução	da	unidade
Hoje	em	dia,	é	muito	difícil	imaginar	o	mundo	sem	a	refrigeração.	As	tecnologias	e
os	 serviços	 dessa	 especialidade	 são	 essenciais	 para	muitas	 atividades	 humanas.
Particularmente,	 a	 refrigeração	 industrial	 e	 o	 ar-condicionado	 adquiriram	enorme
importância	 desde	 o	 início	 do	 século	 XX.	 O	design	 dos	 sistemas	 de	 refrigeração
continua	 se	 adaptando	 para	 atender	 aos	 requisitos	 de	 diferentes	 indústrias,	 com
base	em	suas	diferentes	características.
Neste	 material,	 estudaremos	 sobre	 os	 conceitos	 iniciais	 necessários	 para
compreender	 sobre	 a	 refrigeração,	 de	 modo	 a	 entender	 suas	 particularidades.
Avaliaremos	 aspectos	 relevantes	 sobre	 criogenia	 e	 fluidos	 refrigerantes,
fundamentais	 em	 ar-condicionado	 e	 nos	 sistemas	 de	 refrigeração.	 Também
desenvolveremos	 uma	 visão	 sistêmica,	 através	 da	 interpretação	 de	 protocolos	 e
tratados	 internacionais	 que	 se	aplicam	à	 refrigeração.	Vamos	aprender,	 também,
sobre	o	ciclo	de	 refrigeração,	compreendendo	seu	esquema	termodinâmico,	além
de	 aprender	 sobre	 os	 principais	 componentes	 necessários	 para	 o	 funcionamento
de	 um	 ciclo	 de	 refrigeração,	 de	 modo	 a	 ser	 possível	 realizar	 o	 seu
dimensionamento	 com	 eficiência.	 Por	 fim,	 veremos	 aspectos	 relevantes	 sobre
aplicação	da	modelagem	matemática	de	um	sistema	de	refrigeração.
Refrigeração:	conceitos	iniciais
Atualmente,	a	indústria	de	refrigeração	começou	a	investir	em	desenvolvimento	de
tecnologia	 e	 inovação	 de	 produtos.	 Com	 a	 crescente	 utilização	 de	 sistemas	 de
refrigeração	 para	 fins	 de	 preservação	 de	 produtos	 e	 conforto	 térmico,	 e	 a
crescente	 demanda	 por	 ambientes	 climatizados	 em	 todas	 as	 camadas	 da
sociedade,	 é	 de	 extrema	 importância	 ter	 cada	 vez	 mais	 controle	 sobre	 os
componentes	utilizados	nesses	sistemas,	com	maior	eficiência,	para	que	o	sistema
em	questão	possa	corresponder	à	performance	de	compatibilidade	requerida.
(Passe	o	mouse	no	(+)	e	confira	o	conteúdo	abaixo)
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Isso	 é	 possível	 pela	 absorção	 de	 calor	 a	 um	 nível	 de	 baixa	 temperatura	 e	 pela
libertação	 dele	 a	 um	 nível	 de	 temperatura	 elevado.	 O	 processo,	 geralmente,	 é
realizado	pela	evaporação	de	um	 líquido	com	baixa	 temperatura	de	saturação	na
pressão	 de	 evaporação	 e	 retornando	 o	 vapor	 ao	 seu	 estado	 líquido	 original	 para
reevaporação,	 continuando,	 assim,	 o	 processo.	 O	 ciclo	 completo	 compreende
quatro	 etapas	 operacionais:	 compressão	 do	 refrigerante;	 condensação	 do	 vapor
em	 líquido;	 expansão	 do	 líquido;	 e,	 finalmente,	 a	 evaporação	 do	 refrigerante
líquido.
SAIBA	MAIS
A	 primeira	 refrigeração	 artificial	 conhecida	 foi	 a	 demonstração
apresentada	 na	 Universidade	 de	 Glasgow,	 por	 William	 Cullen,	 em	 1748.
Essa	descoberta,	no	entanto,	não	foi	usada	para	nenhum	propósito	prático.
A	 primeira	 geladeira	 foi	 projetada	 por	 Oliver	 Evans,	 um	 inventor
americano,	 em	 1805.	 Mas	 a	 primeira	 geladeira	 prática	 foi	 construída	 em
1834	 por	 Jacob	 Perkins.	 Esse	 refrigerador	 usava	 vapor	 em	 um	 ciclo	 de
compressão	 de	 vapor.	 John	 Gorrie,	 um	médico	 americano,	 construiu	 uma
geladeira	em	1844	com	base	no	projeto	de	Evans.
Para	saber	mais	sobre	o	assunto,	clique	ou	copie	o	link	a	seguir	em	seu
navegador:	https://seupaschoal.blog.br/refrigeracao-uma-longa-
historia/#:~:text=Em%201805%2C%20o%20inventor%20americano,para%
20pacientes%20com%20febre%20amarela.
A	 refrigeração	 pode	 ser	 definida	 como	 o	 processo	 em	 que	 a	 energia
térmica	 é	 extraída	 de	 uma	 região	 de	 temperatura	 mais	 baixa	 e
descartada/entregue	 a	 uma	 região	 de	 temperatura	 relativamente	 alta
por	 meio	 de	 trabalho	 mecânico	 em	 expansão.	 O	 termo	refrigeração
implica	 a	 manutenção	 e	 produção	 de	 temperatura	 abaixo	 daquela	 do
ambiente	em	um	determinado	espaço	ou	substância	(COSTA,	2002).
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O	 processo	 de	 refrigeração	 é	 usado	 em	 diversos	 níveis	 de	 temperatura	 para
condensar	 ou	 resfriar	 gases,	 vapores	 ou	 líquidos.	 A	 refrigeração	 é	 necessária
quando	o	processo	requer	resfriamento	a	uma	temperatura	não	disponível	em	um
serviço	 de	 água	 usual	 ou	 outra	 fonte	 de	 refrigerante,	 ou	 ainda	 em	 expansão
politrópica	 de	 gás	 natural	 ou	 vapores	 do	 sistema	 de	 processo.	 Em	 geral,	 a
refrigeração	 é	 usada	 para	 requisitos	 de	 temperatura	 de	 27-29	 ºC	 até	 o	 zero
absoluto	próximo	às	demandas	do	processo.
A	 área	 de	 refrigeração	 pode	 ser	 dividida	 em	 três	 categorias:	 doméstica
(capacidade	 inferior	 a	 20	 kW);	 comercial	 (capacidade	 superior	 a	 20	 kW);	 e
industrial	 (da	 capacidade	pequena	até	 a	muito	 grande).	 Conheça	 alguns	 tipos	 de
refrigeração	clicando	nos	(•)	a	seguir.
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A	 refrigeração	 também	 é	 aplicada	 ao	 campo	 do	 ar-condicionado	 de	 conforto
humano,	 que	 inclui	 residências	 unifamiliares	 relativamente	 pequenas	 e	 grandes
edifícios	de	escritórios	contendo	vários	andares	e	muitas	centenas	de	funcionários.
De	 longe,	 a	 maior	 aplicação	 de	 equipamentos	 de	 refrigeração	 ocorre	 com	 o	 ar-
condicionado	de	conforto	humano.	Obviamente,	os	campos	de	refrigeração	e	o	ar-
condicionado	 estão	 interligados.	 Para	 expressar	 a	 capacidade	 de	 refrigeração	 de
uma	 máquina	 de	 refrigeração,	 ou	 seja,	 a	 taxa	 de	 remoção	 de	 calor	 do	 espaço
refrigerado,	a	unidade	comum	e	padrão	utilizada	é	uma	tonelada	de	refrigeração.
A	tonelada	de	refrigeração	(Btu/unidade	de	tempo),	também	chamada	de	carga	de
refrigeração	 (ou	 capacidade	 de	 refrigeração),	 é	 a	 quantidade	 total	 de	 calor
absorvida	no	equipamento	pelo	processo.
Criogenia	e	fluidos	refrigerantes
A	criogenia	é	a	ciência	que	aborda	a	produção	e	os	efeitos	de	temperaturas	muito
baixas.	 A	 palavra	 se	 origina	 das	 palavras	 gregas	kryos,	 que	 significa	 “frio”,	 e
genic,	que	significa	“produzir”.	Essa	definição	poderia	ser	usada	para	incluir	todas
as	temperaturas	abaixo	do	ponto	de	congelamento	da	água	(0	ºC).	No	entanto	um
professor	 chamado	 Kamerlingh	 Onnes,	 da	 Universidade	 de	 Leiden,	 na	 Holanda,
usou	 a	 palavra	 pela	 primeira	 vez	 em	 1894	 para	 descrever	 a	 arte	 e	 a	 ciência	 de
produzir	temperaturas	muito	mais	baixas.
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Ele	 usou	 a	 palavra	 em	 referência	 à	 liquefação	 de	 gases	 permanentes,	 como
oxigênio,	nitrogênio,	hidrogênio	e	hélio.	O	oxigênio	havia	sido	liquefeito	a	-183	ºC
alguns	anos	antes,	em	1887,	e	uma	corrida	estava	em	andamento	para	liquefazer
os	 gases	 permanentes	 restantes	 em	 temperaturas	 ainda	mais	 baixas.	 A	 figura	 a
seguir	 ilustra	 tanques	 com	 gases	 liquefeitos	 para	 utilização	 em	 processo	 de
criogenia.
FIGURA	1	-	Tanques	de	criogenia
Fonte:	HARMONYNOTAPATHY	/	PIXABAY.
As	 técnicas	 utilizadas	 na	 produção	 de	 temperaturas	 tão	 baixas	 eram	 bem
diferentes	 daquelas	 usadas	 um	 pouco	 antes	 na	 produção	 de	 gelo	 artificial.	 Em
particular,	trocadores	de	calor	eficientes	são	necessários	para	atingir	temperaturas
muito	baixas.	Ao	longo	dos	anos,	o	termo	criogênicos	temsido,	geralmente,	usado
para	se	referir	a	temperaturas	abaixo	de	aproximadamente	-150	ºC.
De	 acordo	 com	as	 leis	 da	 termodinâmica,	 há	 um	 limite	 para	 a	 temperatura	mais
baixa	que	pode	ser	alcançada,	conhecida	como	zero	absoluto.	As	moléculas	estão
em	 seu	 estado	 de	 energia	 mais	 baixo,	 mas	 finito,	 no	 zero	 absoluto.	 Tal
temperatura	é	impossível	de	alcançar,	porque	a	potência	de	entrada	necessária	se
aproxima	 do	 infinito.	 No	 entanto	 temperaturas	 dentro	 de	 alguns	 bilionésimos	 de
grau	acima	do	zero	absoluto	foram	alcançadas.	O	zero	absoluto	é	o	zero	da	escala
de	 temperatura	 absoluta	 ou	 termodinâmica.	 Ele	 é	 igual	 a	 -273,15	 ºC.	 A	 escala
absoluta	 métrica	 ou	 SI	 (Sistema	 Internacional)	 é	 conhecida	 como	 escala	 Kelvin,
cuja	 unidade	 é	 o	 kelvin	 (não	 o	 Kelvin),	 que	 tem	a	mesma	magnitude	 que	 o	 grau
Celsius.
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O	 símbolo	 da	 escala	 Kelvin	 é	 K,	 conforme	 adotado	 pelo	 13º	 Conselho	 Geral	 de
Pesos	 e	 Medidas	 (CGPM),	 em	 1968.	 Assim,	 0	 ºC	 equivale	 a	 273,15	 K.	 A	 escala
absoluta	 inglesa,	 conhecida	 como	 escala	 Rankine,	 usa	 o	 símbolo	 R	 e	 tem	 um
incremento	 igual	 ao	 da	 escala	 Fahrenheit.	 Em	 termos	 da	 escala	 Kelvin,	 a	 região
criogênica	é	frequentemente	considerada	abaixo	de	aproximadamente	120	K	(-153
ºC).
REFLITA
A	 medição	 de	 temperaturas	 criogênicas	 requer
métodos	 que	 podem	 não	 ser	 tão	 familiares	 ao
público	 em	 geral.	 Termômetros	 normais	 de
mercúrio	 ou	 álcool	 congelam	 a	 temperaturas	 tão
baixas	 e	 se	 tornam	 inúteis,	 logo,	 como	 realizar
medições	 em	 temperaturas	 criogênicas?	 Um	 dos
elementos	 metálicos	 que	 tem	 um	 comportamento
bem-definido	 de	 resistência	 elétrica	versus
temperatura	 é	 o	 termômetro	 de	 resistência	 de
platina.	 Ele	 é	 comumente	 usado	 para	 medir	 com
precisão,	 incluindo	 temperaturas	 criogênicas	 de
até	cerca	de	20	K.
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Certos	 materiais	 semicondutores,	 como	 o	 germânio	 dopado,	 também	 são	 úteis
como	termômetros	de	resistência	elétrica	para	temperaturas	abaixo	de	1	K,	desde
que	 sejam	 calibrados	 na	 faixa	 em	 que	 devem	 ser	 usados.	 Esses	 termômetros
secundários	 são	 calibrados	 contra	 termômetros	 primários,	 que	 usam	 leis
fundamentais	da	 física	em	que	uma	variável	 física	muda	de	uma	maneira	 teórica
bem	conhecida	com	a	temperatura.
(Clique	nas	setas	para	avançar	ou	retornar	o	conteúdo)
A	produção	de	temperaturas	criogênicas	geralmente	utiliza	a	compressão	e
expansão	de	gases.	No	processo	típico	de	liquefação	do	ar,	o	ar	é	comprimido,
fazendo	 com	 que	 ele	 aqueça,	 e	 deixa-se	 esfriar	 de	 volta	 à	 temperatura
ambiente	 enquanto	 ainda	 pressurizado.	 O	 ar	 comprimido	 é	 posteriormente
resfriado	 em	 um	 trocador	 de	 calor	 antes	 de	 se	 expandir	 de	 volta	 à	 pressão
atmosférica.
A	expansão	 faz	com	que	o	ar	esfrie	e	uma	parte	dele	se	 liquefaça.	A	porção
gasosa	 resfriada	 restante	 é	 devolvida	 pelo	 outro	 lado	 do	 trocador	 de	 calor,
onde	 pré-resfria	 o	 ar	 de	 alta	 pressão	 de	 entrada	 antes	 de	 retornar	 ao
compressor.	 A	 porção	 líquida	 é,	 geralmente,	 destilada	 para	 produzir	 oxigênio
líquido,	 nitrogênio	 líquido	 e	 argônio	 líquido.	 Outros	 gases,	 como	 o	 hélio,	 são
usados	 em	 um	 processo	 semelhante	 para	 produzir	 temperaturas	 ainda	 mais
baixas,	mas	são	necessários	vários	estágios	de	expansão.
U m	eletroímã	enrolado	 com	 um	 fio	 desse	 metal	 pode	 produzir	 campos
magnéticos	 extremamente	 altos	 sem	 geração	 de	 calor	 e	 sem	 consumo	 de
energia	 elétrica,	 uma	 vez	 que	 o	 campo	 é	 estabelecido	 e	 o	metal	 permanece
frio.	 Esses	metais,	 geralmente	 ligas	 de	 nióbio	 resfriadas	 a	 4,2	 K,	 são	 usados
para	 os	 ímãs	 dos	 sistemas	 de	 ressonância	 magnética	 (RM)	 na	 maioria	 dos
hospitais.
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A	 criogenia	 tem	 muitas	 aplicações.	 Líquidos	 criogênicos,	 como	 oxigênio,
nitrogênio	 e	 argônio,	 são	 frequentemente	 usados	 em	 aplicações	 industriais	 e
médicas.	A	resistência	elétrica	da	maioria	dos	metais	diminui	à	medida	em	que	a
temperatura	 diminui.	 Certos	metais	 perdem	 toda	 a	 resistência	 elétrica	 abaixo	 de
alguma	temperatura	de	transição	e	se	tornam	supercondutores.	Outras	aplicações
da	criogenia	incluem	o	congelamento	rápido	de	alguns	alimentos	e	a	preservação
de	alguns	materiais	biológicos,	como	sêmen	de	gado,	sangue,	tecidos	e	embriões
humanos.	 A	 prática	 de	 congelar	 um	 corpo	 humano	 inteiro	 após	 a	 morte	 na
esperança	de	restaurar	a	vida	mais	tarde	é	conhecida	como	criogenia,	mas	não	é
uma	aplicação	científica	aceita.	O	congelamento	de	partes	do	corpo	para	destruir
tecidos	 indesejados	 ou	 com	 defeito	 é	 conhecido	 como	 criocirurgia.	 Ele	 é	 usado
para	 tratar	 cânceres	 e	 anormalidades	 da	 pele,	 colo	 do	 útero,	 útero,	 próstata	 e
fígado.
Para	compreender	melhor	sobre	como	atingir	baixas	temperaturas,	veja,	na	Dica	a
seguir,	conceitos	 relativos	à	criogenia,	contendo	 informações	 fundamentais	sobre
o	fenômeno.
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DICA
Para	 aprofundar	 seus	 conhecimentos,	 convidamos
você	a	 ler	o	 capítulo	12	 (da	página	314	à	320)	do
livro	 "Refrigeração",	 que	 irá	 auxiliá-lo(a)	 a
compreender	 de	 forma	 mais	 detalhada	 os
conceitos	sobre	a	criogenia.
Para	conferir	a	leitura,	acesse	a	biblioteca	virtual
através	do	link:
https://plataforma.bvirtual.com.br/Leitor/Publicaca
o/176461/pdf/.
Conforme	vimos	na	 leitura	acima,	a	criogenia	se	refere	a	um	termo	que	pode	ser
aplicado	 ao	 processo	 de	 refrigeração	 de	 equipamentos	 e	 componentes	 a
temperaturas	 muito	 baixas.	 Tendo	 em	 vista	 a	 relevância	 do	 tema	criogenia	 e
fluidos	refrigerantes,	discutido	na	unidade,	assista	ao	vídeo	a	seguir	sobre	 fluidos
refrigerantes	 para	 somar	 ainda	 mais	 conhecimento	 ao	 campo	 de	 estudos	 que
estamos	nos	debruçando.
https://plataforma.bvirtual.com.br/Leitor/Publicacao/176461/pdf/0?code=PqoU40OotOZeJiA5kOIJ+W9S9XCqpOgZAhQZ80sOT7QPPI+Rmv+F8CtNkeyg5oVq7WrMA0ocEdtDeE1dYk6ifQ==
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Recurso	Externo
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Considerando	 nossos	 estudos	 acerca	 da	 criogenia	 e	 fluidos	 refrigerantes,	 os
conceitos	 trabalhados	 e	 os	 sentidos	 obtidos	 a	 partir	 do	 vídeo	 naturalmente
auxiliaram	ainda	mais	em	seu	aprendizado,	não	é?
Ciclo	de	refrigeração:	esquema	termodinâmico;
principais	componentes;	dimensionamento
Pela	 experiência	 comum,	 percebemos	 que,	 quando	 um	 objeto	 quente	 entra	 em
contato	com	um	objeto	frio,	o	calor	é	transferido	espontaneamente	do	quente	para
o	frio;	ou	seja,	a	temperatura	do	objeto	quente	diminui	e	a	temperatura	do	objeto
frio	 aumenta.	 Eventualmente,	 a	 temperatura	dos	dois	 objetos	 se	 torna	 a	mesma,
que	é	a	condição	de	equilíbrio	térmico.	Agora,	uma	máquina	especial,	chamada	de
“máquina	 térmica”,	 pode	 ser	 projetada	 para	 utilizar	 o	 fluxo	 de	 energia	 (“calor”)
que	ocorre	entre	dois	objetos	em	temperaturas	diferentes	para	produzir	uma	saída
de	 trabalho.	 Os	 objetos	 em	 diferentes	 temperaturas	 agora	 devem	 ser	 muito
grandes,	 de	 modo	 que	 o	 calor	 removido	 ou	 adicionado	 a	 eles	 não	 mude	 sua
temperatura.	Dessa	forma,	eles	atuam	como	reservatórios	de	energia.
A	Figura	a	seguir	mostra	a	configuração	geral	da	máquina	térmica	operando	entre
os	 dois	 reservatórios	 produzindo	 trabalho	 útil.	 O	 círculo	 mostrado	 entre	 os
reservatórios	representa	a	máquina	térmica	operando	em	um	ciclo	trocando	calor
com	os	dois	reservatórios,	envolvendo	processos	internos	ainda	indefinidos.
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FIGURA	1	-	Configuração	geral	de	um	ciclo	de	máquina	térmica
Fonte:	APLICAÇÃO...,	2009,	on-line.
O	 princípio	 da	 conservação	 de	 energia	 pode	 ser	 aplicado	 à	 máquina	 térmica
representada	 na	 Figura.	 Esse	 princípio	 afirma	 que	 a	 energia	 não	 pode	 ser
destruída,	mas	apenas	alterada	de	uma	 forma	para	outra.	Nessa	situação,	 temos
duas	formas	de	energia:	energia	calorífica	e	energia	de	trabalho	(ÇENGEL;BOLES,
2013).	 A	 convenção	 de	 sinais	 para	 calor	 e	 trabalho	 é	 de	 que	 calor	 “entrando”	 é
positivo	e	trabalho	“saindo”	é	positivo.	Consequentemente,	por	essa	convenção	de
sinais	 para	 a	 máquina	 térmica,	 	 é	 o	 calor	 quente	 positivo,	 	 é	 o	 calor	 frio
negativo	 e	 	é	 o	 trabalho	 positivo.	 Assim,	 aplicando	 o	 princípio	 da	 conservação
da	energia	à	máquina	térmica,	temos:
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Onde	se	nota	que	o	calor	fornecido	(positivo)	mais	o	calor	rejeitado	(negativo)	dos
reservatórios	 resulta	 na	 saída	 de	 trabalho.	 Perceba	 que	 o	 calor	 rejeitado	 é
realmente	negativo	e,	portanto,	subtrai	do	calor	 fornecido.	Para	que	as	máquinas
térmicas	 funcionem	com	sucesso	 (ou	seja,	produzindo	 trabalho	positivo),	deve-se
ter:
Onde	as	 linhas	verticais	 (os	módulos)	de	cada	 lado	da	quantidade	 indicam	“valor
absoluto”,	 significando	 que	 o	 sinal	 é	 omitido.	 Assim,	 a	 magnitude	 do	 calor
fornecido	 pelo	 reservatório	 de	 alta	 temperatura	 é	maior	 do	 que	 a	magnitude	 do
calor	rejeitado	para	o	reservatório	de	temperatura	fria.
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A	refrigeração	opera	de	maneira	oposta	à	da	máquina	térmica;	o	calor	é	removido
do	reservatório	frio	(ou	“espaço	frio”)	e	“atraído”	para	o	ciclo	de	refrigeração,	em
que	 é	 “empurrado”	 para	 o	 reservatório	 de	 alta	 temperatura,	 que	 é	 o	 ambiente.
Observe	 que	 a	 direção	 de	 operação	 de	 um	 ciclo	 de	 refrigeração	 é	 oposta	 à	 da
máquina	 térmica	 —	 no	 sentido	 anti-horário.	 A	 operação	 contínua	 do	 ciclo	 de
refrigeração	 extrai	 uma	 quantidade	 suficiente	 de	 calor	 do	 espaço	 frio,	mantendo
sua	 temperatura.	 Observe	 que	 a	 refrigeração	 envolve	 o	 movimento	 de	 calor	 do
reservatório	mais	frio	para	o	reservatório	mais	quente,	que	não	é	a	direção	natural
do	 fluxo	 de	 calor.	 Para	 realizar	 essa	 reversão,	 é	 necessária	 uma	 entrada	 de
trabalho.	 Assim,	 a	 definição	 de	 refrigeração	 é:	 a	 ação	 de	 remover	 calor	 de	 um
espaço	ou	material	fechado	com	a	finalidade	de	diminuir	sua	temperatura.
Perceba	 que	 a	 refrigeração	 não	 adiciona	 frio	 ao	 espaço	 ou	 material	 que	 é
refrigerado.	 A	 Figura	 a	 seguir	 é	 um	diagrama	 de	 um	 sistema	 de	 refrigeração	 em
operação	removendo	o	calor	do	espaço	frio	e	rejeitando-o	para	o	reservatório	mais
quente,	normalmente	para	os	arredores,	como	a	atmosfera	ou	um	corpo	de	água.
FIGURA	1	-	Configuração	geral	de	um	ciclo	de	refrigeração
Fonte:	APLICAÇÃO...,	2009,	on-line.
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Um	 balanço	 de	 energia	 também	 pode	 ser	 aplicado	 ao	 ciclo	 de	 refrigeração
mostrado	na	Figura.	O	uso	cuidadoso	da	convenção	de	sinais	fornece:
Onde	 	 é	 agora	 negativo	 (o	 calor	 está	 saindo	 do	 ciclo	 de	 refrigeração),	 	 é
positivo	 e	 	 é	 negativo,	 porque	 representa	 o	 trabalho	 no	 ciclo.	 Rearranjando	 a
equação	3,	temos:
Com	a	equação	4,	 notamos	que	o	 calor	 rejeitado	é	a	 soma	do	 calor	 removido	do
espaço	 frio	 com	 a	 potência	 de	 entrada	 necessária	 para	 acionar	 o	 ciclo	 de
refrigeração.	 Consequentemente,	 sabemos	 que	 uma	 entrada	 de	 trabalho	 é
necessária	para	alcançar	a	refrigeração.
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Termodinamicamente,	 a	 refrigeração	 pode	 ser	 produzida	 por	 vários	 processos
diferentes.	 Inclusive,	 três	 efeitos	 termodinâmicos	 diferentes	 são	 usados
comercialmente	para	produzir	refrigeração:	o	ciclo	de	compressão	de	vapor;	o	ciclo
de	 absorção;	 e	 o	 efeito	 Peltier.	 O	 princípio	 básico	 do	 tipo	 mais	 comum	 de
refrigeração	mecânica	é	um	processo	termodinâmico	cíclico	conhecido	como	ciclo
Rankine	 (William	 John	 Macquorn	 Rankine,	 1820-72,	 engenheiro	 escocês)	 ou	 ciclo
de	 compressão	 de	 vapor.	 Um	 ciclo	 de	 Rankine	 reverso	 teórico	 é	 mostrado	 na
Figura	a	seguir	como	um	gráfico	T-S	(temperatura-entropia).
Conforme	 observamos	 clicando	 nas	 sanfonas	 abaixo,	 o	 ciclo	 consiste	 em	 quatro
etapas.
Etapa	1
Compressão:	 o	 vapor	 saturado	 na	 pressão	 P1	 (Ponto	 1)	 é	 comprimido	 até	 a
pressão	 P2	 (Ponto	 2).	 Idealmente,	 a	 compressão	 isentrópica	 (adiabática	 e
reversível)	é	assumida.	O	trabalho	mecânico	é	fornecido	ao	compressor.
Etapa	2
Condensação:	 o	 vapor	 comprimido	 é	 resfriado	 até	 estar	 completamente
condensado	como	um	líquido	saturado	(Ponto	3).	Idealmente,	assume-se	que	o
resfriamento	 ocorre	 em	 uma	 pressão	 constante.	 O	 calor	 removido	 do	 vapor
condensado	 é	 transferido	 para	 um	 meio	 de	 resfriamento,	 como	 ar	 ou	 água.
Fisicamente,	 essa	 etapa	 ocorre	 em	 um	 trocador	 de	 calor	 que	 serve	 como
condensador.
Etapa	3
Expansão:	 a	 pressão	 do	 líquido	 é	 liberada	 por	 meio	 de	 um	 elemento	 de
estrangulamento	 (por	 exemplo,	 uma	 válvula	 de	 expansão),	 até	 a	 pressão	 P1
(Ponto	4).	O	processo	de	estrangulamento	deve	ser	isentálpico,	não	envolvendo
qualquer	 troca	 de	 energia.	 O	 ponto	 4	 representa	 uma	 mistura	 de	 vapor
saturado	(Ponto	1)	e	líquido	saturado	(Ponto	5).
Etapa	4
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Evaporação:	o	calor	é	transferido	para	a	mistura	líquido-vapor	até	que	todo	o
líquido	seja	evaporado	(de	volta	ao	Ponto	1).	Essa	é	a	etapa	do	ciclo	em	que	a
refrigeração	útil	é	gerada.	Fisicamente,	essa	etapa	ocorre	em	um	trocador	de
calor	conhecido	como	evaporador	ou	difusor.
Veja	abaixo	o	ciclo	de	refrigeração	por	compressão	de	vapor.
FIGURA	1	-	Ciclo	de	refrigeração	por	compressão	de	vapor
Fonte:	Elaboração	dos	autores,	2022.
Para	 compreender	 melhor	 sobre	 o	 ciclo	 de	 refrigeração,	 veja	 na	 Dica	 a	 seguir
conceitos	 relativos	 às	 etapas	 do	 ciclo	 de	 refrigeração,	 contendo	 informações
fundamentais	sobre	ele.
E-Book	-	Apostila
18	-	39
DICA
Para	aprofundar	seus	conhecimentos,	convidamos
você	para	ler	o	capítulo	3	(da	página	28	à	36)	do
livro	"Refrigeração",	que	irá	auxiliá-lo	a
compreender	de	forma	mais	detalhada	os
conceitos	sobre	ciclo	de	refrigeração.
Para	conferir	a	leitura,	acesse	a	biblioteca	virtual
através	do	link:	
https://plataforma.bvirtual.com.br/Leitor/Publicaca
o/176461/pdf/.
Conforme	 vimos	 na	 leitura	 acima,	 o	 ciclo	 de	 refrigeração	 tem	 como	 objetivo
remover	 o	 calor	 de	 uma	determinada	 área	 e	 ejetá-lo	 para	 fora,	 com	o	 auxílio	 de
componentes	principais	para	seu	 funcionamento.	Há	certos	componentes	que	são
considerados	 fundamentais	 para	 que	 o	 ciclo	 de	 refrigeração	 esteja	 em
funcionamento	e	que	sempre	exista	a	troca	térmica	de	calor.	Assim,	os	principais
componentes	 são:	 evaporador,	 compressor,	 condensador	 e	 válvula	 de	 expansão,
que	podem	ser	visualizados	na	Figura	a	seguir.
https://plataforma.bvirtual.com.br/Leitor/Publicacao/176461/pdf/0?code=PqoU40OotOZeJiA5kOIJ+W9S9XCqpOgZAhQZ80sOT7QPPI+Rmv+F8CtNkeyg5oVq7WrMA0ocEdtDeE1dYk6ifQ==
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FIGURA	1	-	Representação	do	ciclo	de	refrigeração	por	compressão	de	vapor	
Fonte:	ÇENGEL;	BOLES,	2013	[Adaptada].
Em	 relação	 ao	 compressor,	 o	 tipo	 mais	 comum	 é	 o	 compressor	 de	 pistão
alternativo	 refrigerado	 a	 ar.	 Dependendo	 da	 capacidade,	 o	 compressor	 pode	 ter
um	 ou	 vários	 cilindros.	 Os	 compressores	 de	 parafuso	 são	 usados	 para	 grandes
capacidades	 com	 carga	 constante.	 Os	 compressores	 centrífugos	 (turbo)	 são
adequados	 para	 baixas	 taxas	 de	 compressão	 e	 usados,	 principalmente,	 para	 ar-
condicionado.	 Os	 compressores	 de	 refrigeradores	 domésticos	 são,	 geralmente,
unidades	 herméticas	 e	 lubrificadas	 permanentemente.	 Para	 temperaturas	 muito
baixas,	 a	 compressão	 em	 dois	 estágios	 pode	 ser	 necessária.	 O	 trabalho	 do
compressor	pode	ser	calculado	pela	equação	5:
E-Book	-	Apostila
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Onde:
Wc:	trabalho	teórico	de	compressão;
:	fluxo	de	massa	do	refrigerante	no	sistema;
h2:	entalpia	na	entrada	do	compressor;
h1:	entalpia	na	saída	do	compressor.
O	 condensador	 pode	 usar	 ar	 ou	 água	 como	 meio	 de	 resfriamento.	 Os
condensadores	 refrigerados	 a	 ar	 são	 radiadores	 de	 tubo	 aletado.	O	 fluxo	 de	 ar	 é
induzido	 por	 ventiladores	 e	 os	 condensadores	 resfriadosa	 água	 são	 mais
compactos.	O	condensador	também	apresenta	trocadores	de	calor	do	tipo	casco	e
tubo.	 Os	 problemas	 de	 incrustação	 devem	 ser	 resolvidos	 com	 o	 tratamento
adequado	 da	 água	 de	 resfriamento	 em	 circuito	 fechado.	 Assim,	 o	 calor	 rejeitado
pelo	condensador	pode	ser	expresso	pela	equação	6:
Onde:
QC:	calor	rejeitado	pelo	compressor;
:	fluxo	de	massa	do	refrigerante	no	sistema;
h2:	entalpia	na	entrada	do	compressor;
h3:	entalpia	na	saída	do	condensador.
E-Book	-	Apostila
21	-	39
A	válvula	de	expansão	geralmente	serve	como	regulador	da	vazão	do	refrigerante
e	 é	 o	 principal	 elemento	 de	 controle	 do	 ciclo.	 Diferentes	 tipos	 (termodinâmicos,
controlados	 por	 flutuador,	 pressostáticos,	 eletrônicos)	 estão	 disponíveis.	 Na
válvula	de	expansão,	pode-se	 considerar	que	o	processo	usualmente	é	modelado
como	um	processo	de	limitação	em	que	a	entalpia	permanece	constante.	Portanto,
a	equação	7	rege	esse	processo:
á
Onde:
h3:	entalpia	na	saída	do	condensador;
h4:	entalpia	na	entrada	do	evaporador.
O	 evaporador	 é	 o	 local	 em	 que	 a	 refrigeração	 é	 entregue	 ao	 sistema.	 Sua
geometria	depende	da	natureza	da	entrega.	Em	um	freezer	de	superfície	varrida,	é
a	camisa	do	trocador	de	calor.	Em	uma	câmara	fria,	é	um	trocador	de	calor	do	tipo
radiador	de	tubo	aletado	com	ventiladores.	Em	um	refrigerador	de	leite,	é	um	tubo
helicoidal	imerso	no	leite.	Em	um	freezer	de	placas,	são	as	placas	ocas	da	unidade.
Para	 utilizar	 plenamente	 a	 capacidade	 de	 refrigeração	 da	máquina,	 é	 importante
garantir	 que	 apenas	 o	 gás	 (ligeiramente	 superaquecido)	 saia	 do	 evaporador.	 O
calor	adicionado	ao	evaporador	pode	ser	expresso	pela	equação	8:
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Onde:
QE:	calor	adicionado	ao	evaporador;
:	fluxo	de	massa	do	refrigerante	no	sistema;
h1:	entalpia	na	saída	do	compressor;
h4:	entalpia	na	entrada	do	evaporador.
Ao	definir	o	sistema	de	refrigeração,	com	seus	principais	componentes	e	o	ciclo	de
refrigeração,	utiliza-se	as	equações	vistas	até	aqui	para	dimensionar	o	coeficiente
de	 desempenho,	 COP,	 de	 um	 refrigerador.	 Assim,	 o	 COP	 pode	 ser	 definido	 pela
equação	9:
Como	há	perdas	mecânicas	e	 térmicas	adicionais	em	um	circuito	 real,	o	COP	real
será	 ainda	 menor.	 Para	 fins	 práticos	 em	 sistemas	 de	 trabalho,	 o	 COP	 é	 a	 razão
entre	o	efeito	de	 resfriamento	e	a	potência	de	entrada	do	compressor.	O	COP	do
sistema	normalmente	inclui	todas	as	entradas	de	energia	associadas	a	ele.
Aplicação	da	modelagem	matemática
E-Book	-	Apostila
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Pensando	na	temática	contextualizada	até	o	momento,	o	conteúdo	do	vídeo
oferecerá	um	importante	horizonte	de	aprendizado	dentro	do	que	estamos
estudando.	Vamos	assistir?
Recurso	Externo
Recurso	é	melhor	visualizado	no	formato	interativo
Seguindo	 a	 partir	 do	 que	 foi	 apresentado	 no	 vídeo,	 podemos	 continuar	 nos
debruçando	sobre	a	temática	da	aplicação	da	modelagem	matemática.	Vamos	lá?
Dependendo	 dos	 objetivos	 e	 objetos	 de	 modelagem,	 podemos	 usar	 modelos	 de
estado	 estacionário,	 quase-estacionário	 e	 transitório.	 Os	 modelos	 de	 estado
estacionário	 são	 adequados	 para	 o	 projeto	 de	 equipamentos	 de	 transferência	 de
calor.	Esses	modelos	podem	ser	muito	simples,	mas,	também,	muito	complexos	e
abrangentes,	 baseados	 em	 leis	 físicas	 e	 incluindo	 algoritmos	 complexos.	 A
característica	 mais	 importante	 dos	 modelos	 de	 estado	 estacionário	 é	 que	 as
variáveis	não	são	dependentes	do	tempo.
SAIBA	MAIS
Um	 modelo	 transiente	 é	 aplicado	 quando	 pelo	 menos	 uma	 variável	 é
dependente	do	tempo.	Um	modelo	quase-estático	ou	quase-estacionário	é
uma	 transição	 do	 modelo	 estático	 para	 o	 modelo	 transiente.	 Em	 um
determinado	 ponto	 de	 tempo,	 o	 sistema	 está	 em	 equilíbrio.	 Assim,	 ele	 é
uma	combinação	de	dois	ou	mais	modelos	de	estado	estacionário	e	fornece
valores	médios	 temporais	 suficientemente	 precisos	 dos	 valores	 de	 saída,
quando	 o	 usuário	 não	 está	 interessado	 em	 todas	 as	 variações	 temporais
das	variáveis	de	saída.
Copie	o	link	a	seguir	em	seu	navegador,	ou	clique	em	EXPANDIR	PDF,	e
confira	a	leitura	da	página	1	à	9:
https://www.abcm.org.br/anais/conem/2010/PDF/CON10-0105.pdf.
https://www.abcm.org.br/anais/conem/2010/PDF/CON10-0105.pdf
E-Book	-	Apostila
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A	 maioria	 das	 pesquisas	 com	 aplicação	 de	 modelagem	 matemática	 está
preocupada	 com	 a	 transferência	 de	 calor	 em	 trocadores	 de	 calor,	 com	 ou	 sem
mudança	 de	 fase.	 Inclusive,	 a	 análise	 termodinâmica	 de	 ciclos	 de	 refrigeração
também	é	uma	aplicação	muito	comum	de	modelagem.	A	modelagem	dinâmica	do
desempenho	do	evaporador	(líquido	ou	resfriador	de	ar)	com	modelos	de	princípios
fundamentais	 totalmente	 distribuídos	 é	 uma	 das	 tarefas	 mais	 exigentes	 em
modelagem	matemática,	devido	aos	problemas	de	fluxo	de	refrigerante	bifásico	e
instabilidades	 relacionadas	 com	 cálculos	 de	 ponto	 de	 secagem,	 bem	 como	 nos
cálculos	de	queda	de	pressão.
Considerações	finais
Nesta	unidade,	você	teve	a	oportunidade	de:
compreender	 sobre	 os	 conceitos	 iniciais	 de	 refrigeração	 de
modo	a	entender	suas	particularidades;
avaliar	 aspectos	 relevantes	 sobre	 criogenia	 e	 fluidos
refrigerantes,	 fundamentais	 em	 ar-condicionado	 e	 sistemas
de	refrigeração;
desenvolver	uma	visão	sistêmica,	através	da	interpretação	de
protocolos	 e	 tratados	 internacionais	 que	 se	 aplicam	 à
refrigeração;
compreender	 sobre	 o	 ciclo	 de	 refrigeração,	 compreendendo
sobre	seu	esquema	termodinâmico;
identificar	 os	 principais	 componentes	 necessários	 para	 o
funcionamento	de	um	ciclo	de	refrigeração;
analisar	aspectos	relevantes	sobre	a	aplicação	da	modelagem
matemática	em	sistemas	de	refrigeração.
Diante	do	exposto,	percebe-se	que	um	sistema	de	refrigeração	trabalha	por	meio
do	 processo	 de	 resfriamento,	 que	 remove	 o	 calor	 indesejado	 de	 um	 objeto,
substância	 ou	 espaço	 selecionado	 e	 transfere	 para	 outro	 objeto,	 substância	 ou
espaço.	A	remoção	de	calor	reduz	a	temperatura	e	pode	ser	realizada	pelo	uso	de
gelo,	neve,	água	gelada	ou	refrigeração	mecânica.
E-Book	-	Apostila
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Aprendemos	que	o	trabalho	do	ciclo	de	refrigeração	é	remover	o	calor	 indesejado
de	 um	 lugar	 e	 descarregá-lo	 em	 outro.	 Para	 conseguir	 isso,	 o	 refrigerante	 é
bombeado	 através	 de	 um	 sistema	 de	 refrigeração	 fechado.	 Se	 o	 sistema	 não
estivesse	 fechado,	 estaria	 consumindo	 o	 refrigerante,	 dissipando-o	 no	 meio
circundante;	 por	 estar	 fechado,	 o	 mesmo	 refrigerante	 é	 usado	 repetidamente,	 à
medida	em	que	passa	pelo	ciclo,	removendo	um	pouco	de	calor	e	descarregando-
o.	O	ciclo	fechado	também	serve	a	outros	propósitos;	ele	evita	que	o	refrigerante
seja	 contaminado	 e	 controla	 seu	 fluxo,	 pois	 é	 um	 líquido	 em	 algumas	 partes	 do
ciclo	 e	 um	 gás	 ou	 vapor	 em	 outras	 fases.	 Aprendemos,	 também,	 sobre	 os
componentes	 principais	 necessários	 para	 o	 funcionamento	 de	 um	 ciclo	 de
refrigeração.	Vimos	conceitos	relativos	à	criogenia,	que	é	uma	ciência	que	aborda
a	 produção	 e	 os	 efeitos	 de	 temperaturas	 muito	 baixas.	 Por	 fim,	 vimos	 a
importância	da	modelagem	matemática	aplicada	na	área	da	refrigeração.
Agora	que	finalizamos	este	conteúdo,	vamos	testar	seus	conhecimentos
com	o	quiz	a	seguir.
QUIZ
Com	base	em	nossos	estudos	no
decorrer	da	unidade,	vimos	que	a	área
de	refrigeração	pode	ser	dividida	em
três	categorias.	Acerca	dessas
categorias,	analise	as	asserções	a
seguir.
E-Book	-	Apostila
26	-	39
I.	A	refrigeração	industrial	envolve	sistemas	de
refrigeração	maiores,	com	expositores	de	alimentos
frios	de	supermercado,	bem	como	refrigeradores	e
congeladores	de	restaurante.
II.	A	faixa	de	temperatura	normalmente	encontrada
em	sistemas	industriais	começa	com
aproximadamente	73°	C	e	continua	até	quase	a
temperatura	ambiente,	dependendo	da	aplicação.
III.	O	ar-condicionado	doméstico	inclui	o	ar-
condicionado	da	sala	e	o	sistema	unitário	ou	central
em	que	a	unidade	é	selecionada	paramanter	uma
temperatura	interna	adequada.
IV.	Há	tipos	de	ar-condicionado	usados	para	manter
uma	temperatura	externa	igual	à	temperatura
interna	de	um	dado	recinto.
Está	correto	o	que	se	afirma	em:
I,	II,	III	e	IV.a
E-Book	-	Apostila
27	-	39
Resposta	Incorreta:
A	alternativa	está	incorreta,	pois	a	respeito	da
asserção	I:	na	verdade,	a	refrigeração	comercial	é	a
que	envolve	sistemas	de	refrigeração	maiores,	com
expositores	de	alimentos	frios	de	supermercado,	bem
como	refrigeradores	e	congeladores	de	restaurante.
Sobre	a	asserção	II:	a	faixa	de	temperatura	começa
com	aproximadamente	-73	ºC.	A	respeito	da	asserção
III:	afirmativa	correta,	pois	o	ar-condicionado
doméstico	inclui	o	ar-condicionado	da	sala	e	o	sistema
unitário	ou	central	em	que	a	unidade	é	selecionada
para	manter	uma	temperatura	interna	adequada.
Sobre	a	asserção	IV:	incorreta,	pois	não	há	nenhum
tipo	de	ar-condicionado	tão	eficiente	ao	ponto	de
manter	uma	temperatura	externa	de	um	ambiente
igual	à	temperatura	interna.
Resposta	Incorreta:
A	alternativa	está	incorreta,	pois	a	respeito	da
asserção	I:	na	verdade,	a	refrigeração	comercial	é	a
que	envolve	sistemas	de	refrigeração	maiores,	com
expositores	de	alimentos	frios	de	supermercado,	bem
como	refrigeradores	e	congeladores	de	restaurante.
Sobre	a	asserção	II:	a	faixa	de	temperatura	começa
com	aproximadamente	-73	ºC.	A	respeito	da	asserção
III:	afirmativa	correta,	pois	o	ar-condicionado
doméstico	inclui	o	ar-condicionado	da	sala	e	o	sistema
unitário	ou	central	em	que	a	unidade	é	selecionada
para	manter	uma	temperatura	interna	adequada.
Sobre	a	asserção	IV:	incorreta,	pois	não	há	nenhum
tipo	de	ar-condicionado	tão	eficiente	ao	ponto	de
manter	uma	temperatura	externa	de	um	ambiente
igual	à	temperatura	interna.
II	e	III,	apenas.b
E-Book	-	Apostila
28	-	39
Resposta	Correta:
A	alternativa	está	correta,	pois	a	respeito	da	asserção
I:	na	verdade,	a	refrigeração	comercial	é	a	que
envolve	sistemas	de	refrigeração	maiores,	com
expositores	de	alimentos	frios	de	supermercado,	bem
como	refrigeradores	e	congeladores	de	restaurante.
Sobre	a	asserção	II:	a	faixa	de	temperatura	começa
com	aproximadamente	-73	ºC.	A	respeito	da	asserção
III:	afirmativa	correta,	pois	o	ar-condicionado
doméstico	inclui	o	ar-condicionado	da	sala	e	o	sistema
unitário	ou	central	em	que	a	unidade	é	selecionada
para	manter	uma	temperatura	interna	adequada.
Sobre	a	asserção	IV:	incorreta,	pois	não	há	nenhum
tipo	de	ar-condicionado	tão	eficiente	ao	ponto	de
manter	uma	temperatura	externa	de	um	ambiente
igual	à	temperatura	interna.
III,	apenas.c
I	e	II,	apenas.d
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29	-	39
Resposta	Incorreta:
A	alternativa	está	incorreta,	pois	a	respeito	da
asserção	I:	na	verdade,	a	refrigeração	comercial	é	a
que	envolve	sistemas	de	refrigeração	maiores,	com
expositores	de	alimentos	frios	de	supermercado,	bem
como	refrigeradores	e	congeladores	de	restaurante.
Sobre	a	asserção	II:	a	faixa	de	temperatura	começa
com	aproximadamente	-73	ºC.	A	respeito	da	asserção
III:	afirmativa	correta,	pois	o	ar-condicionado
doméstico	inclui	o	ar-condicionado	da	sala	e	o	sistema
unitário	ou	central	em	que	a	unidade	é	selecionada
para	manter	uma	temperatura	interna	adequada.
Sobre	a	asserção	IV:	incorreta,	pois	não	há	nenhum
tipo	de	ar-condicionado	tão	eficiente	ao	ponto	de
manter	uma	temperatura	externa	de	um	ambiente
igual	à	temperatura	interna.
Resposta	Incorreta:
A	alternativa	está	incorreta,	pois	a	respeito	da
asserção	I:	na	verdade,	a	refrigeração	comercial	é	a
que	envolve	sistemas	de	refrigeração	maiores,	com
expositores	de	alimentos	frios	de	supermercado,	bem
como	refrigeradores	e	congeladores	de	restaurante.
Sobre	a	asserção	II:	a	faixa	de	temperatura	começa
com	aproximadamente	-73	ºC.	A	respeito	da	asserção
III:	afirmativa	correta,	pois	o	ar-condicionado
doméstico	inclui	o	ar-condicionado	da	sala	e	o	sistema
unitário	ou	central	em	que	a	unidade	é	selecionada
para	manter	uma	temperatura	interna	adequada.
Sobre	a	asserção	IV:	incorreta,	pois	não	há	nenhum
tipo	de	ar-condicionado	tão	eficiente	ao	ponto	de
manter	uma	temperatura	externa	de	um	ambiente
igual	à	temperatura	interna.
II,	apenas.e
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30	-	39
Há	a	possibilidade	de	realizar	a
liquefação	de	gases	permanentes,
como	oxigênio,	nitrogênio,	hidrogênio
e	hélio.	Diante	do	exposto,	assinale	a
alternativa	correta	que	representa	a
técnica	que	aborda	a	produção	e	os
efeitos	de	temperaturas	muito	baixas,
inferiores	a	-150	ºC.
Resposta	Incorreta:
A	alternativa	está	incorreta,	pois	o	ponto	de	fusão
designa	a	temperatura	de	uma	substância	que	passa
do	estado	sólido	ao	estado	líquido,	podendo	ocorrer
em	temperaturas	bem	acima	de	-150	ºC.	Além	disso,	o
fluido	refrigerante	é	um	gás	que	permite	a
implementação	de	um	ciclo	de	refrigeração,	não
condizendo	com	o	descrito	no	enunciado.	A
solidificação,	por	sua	vez,	é	a	transição	de	fase	em
que	uma	substância	passa	de	seu	estado	líquido	para
o	sólido,	quando	a	sua	temperatura	diminui	para	baixo
do	ponto	de	solidificação,	podendo	ocorrer	em
temperaturas	bem	acima	de	-150	ºC.	E	a	sublimação	é
a	mudança	do	estado	sólido	para	o	estado	gasoso,
sem	passar	pelo	estado	líquido,	não	condizendo	com	o
descrito	no	enunciado.
Resfriamento	de	ponto	de	fusão.a
E-Book	-	Apostila
31	-	39
Resposta	Incorreta:
A	alternativa	está	incorreta,	pois	o	ponto	de	fusão
designa	a	temperatura	de	uma	substância	que	passa
do	estado	sólido	ao	estado	líquido,	podendo	ocorrer
em	temperaturas	bem	acima	de	-150	ºC.	Além	disso,	o
fluido	refrigerante	é	um	gás	que	permite	a
implementação	de	um	ciclo	de	refrigeração,	não
condizendo	com	o	descrito	no	enunciado.	A
solidificação,	por	sua	vez,	é	a	transição	de	fase	em
que	uma	substância	passa	de	seu	estado	líquido	para
o	sólido,	quando	a	sua	temperatura	diminui	para	baixo
do	ponto	de	solidificação,	podendo	ocorrer	em
temperaturas	bem	acima	de	-150	ºC.	E	a	sublimação	é
a	mudança	do	estado	sólido	para	o	estado	gasoso,
sem	passar	pelo	estado	líquido,	não	condizendo	com	o
descrito	no	enunciado.
Resfriamento	por	fluido	refrigerante.b
Solidificação.c
E-Book	-	Apostila
32	-	39
Resposta	Incorreta:
A	alternativa	está	incorreta,	pois	o	ponto	de	fusão
designa	a	temperatura	de	uma	substância	que	passa
do	estado	sólido	ao	estado	líquido,	podendo	ocorrer
em	temperaturas	bem	acima	de	-150	ºC.	Além	disso,	o
fluido	refrigerante	é	um	gás	que	permite	a
implementação	de	um	ciclo	de	refrigeração,	não
condizendo	com	o	descrito	no	enunciado.	A
solidificação,	por	sua	vez,	é	a	transição	de	fase	em
que	uma	substância	passa	de	seu	estado	líquido	para
o	sólido,	quando	a	sua	temperatura	diminui	para	baixo
do	ponto	de	solidificação,	podendo	ocorrer	em
temperaturas	bem	acima	de	-150	ºC.	E	a	sublimação	é
a	mudança	do	estado	sólido	para	o	estado	gasoso,
sem	passar	pelo	estado	líquido,	não	condizendo	com	o
descrito	no	enunciado.
Resposta	Incorreta:
A	alternativa	está	incorreta,	pois	o	ponto	de	fusão
designa	a	temperatura	de	uma	substância	que	passa
do	estado	sólido	ao	estado	líquido,	podendo	ocorrer
em	temperaturas	bem	acima	de	-150	ºC.	Além	disso,	o
fluido	refrigerante	é	um	gás	que	permite	a
implementação	de	um	ciclo	de	refrigeração,	não
condizendo	com	o	descrito	no	enunciado.	A
solidificação,	por	sua	vez,	é	a	transição	de	fase	em
que	uma	substância	passa	de	seu	estado	líquido	para
o	sólido,	quando	a	sua	temperatura	diminui	para	baixo
do	ponto	de	solidificação,	podendo	ocorrer	em
temperaturas	bem	acima	de	-150	ºC.	E	a	sublimação	é
a	mudança	do	estado	sólido	para	o	estado	gasoso,
sem	passar	pelo	estado	líquido,	não	condizendo	com	o
descrito	no	enunciado.
Sublimação.d
E-Book	-	Apostila
33	-	39
Resposta	Correta:
A	alternativa	está	correta,	pois	a	criogenia	é	uma	área
do	conhecimento	científico	e	tecnológico	cujas
atividades	são	desenvolvidas	em	torno	dos	fenômenos
que	ocorrem	em	temperaturas	muito	baixas.
O	princípio	básico	do	tipo	mais	comum
de	refrigeração	mecânica	é	um
processo	termodinâmico	cíclico
conhecido	como	ciclo	Rankine.	Sobre
as	etapas	desse	ciclo,	julgue	as
asserções	a	seguir.
I.	 Na	 expansão,	 o	 vapor	 saturadona	 pressão	 P1
(Ponto	1)	é	 comprimido	até	a	pressão	P2	 (Ponto	2).
Idealmente,	 a	 compressão	 isentrópica	 (adiabática	 e
reversível)	 é	 assumida.	 O	 trabalho	 mecânico	 é
fornecido	ao	compressor.
Criogenia.e
E-Book	-	Apostila
34	-	39
II.	 Na	 condensação,	 a	 pressão	 do	 líquido	 é	 liberada
através	 de	 um	 elemento	 de	 estrangulamento	 (por
exemplo,	uma	válvula	de	expansão)	até	a	pressão	P1
(Ponto	4).	O	processo	de	estrangulamento	deve	 ser
isentálpico,	 não	 envolvendo	 qualquer	 troca	 de
energia.
III.	 Na	 evaporação,	 o	 calor	 é	 transferido	 para	 a
mistura	 líquido-vapor	 até	 que	 todo	 o	 líquido	 seja
evaporado	 (de	volta	ao	Ponto	1).	Essa	é	a	etapa	do
ciclo	em	que	a	refrigeração	útil	é	gerada.	Essa	etapa
ocorre	em	um	trocador	de	calor.
IV.	A	expansão	 faz	com	que	o	ar	esfrie	e	uma	parte
dele	se	liquefaça.	A	porção	gasosa	resfriada	restante
é	devolvida	pelo	outro	lado	do	trocador	de	calor,	em
que	pré-resfria	o	ar	de	alta	pressão	de	entrada	antes
de	retornar	ao	compressor.
Está	correto	o	que	se	afirma	em:
Resposta	Correta:
A	alternativa	está	correta,	pois	a	alternativa	III	é
verdadeira,	visto	que,	na	etapa	de	evaporação,	o	calor
é	transferido	para	a	mistura	líquido-vapor	até	que
todo	o	líquido	seja	evaporado	(de	volta	ao	Ponto	1).
Essa	é	a	etapa	do	ciclo	em	que	a	refrigeração	útil	é
gerada.	Essa	etapa	ocorre	em	um	trocador	de	calor.
Além	disso,	a	alternativa	IV	também	é	verdadeira,
visto	que,	na	expansão,	parte	do	ar	é	resfriada	e	outra
parte	é	liquefeita,	sendo	que	o	trocador	de	calor
devolve	a	parte	resfriada	para	o	compressor.
III	e	IV,	apenas.a
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35	-	39
Resposta	Incorreta:
A	alternativa	está	incorreta,	visto	que	a	respeito	da
asserção	I:	na	compressão,	o	vapor	saturado	na
pressão	P1	(Ponto	1)	é	comprimido	até	a	pressão	P2
(Ponto	2).	Idealmente,	a	compressão	isentrópica
(adiabática	e	reversível)	é	assumida.	O	trabalho
mecânico	é	fornecido	ao	compressor.	Sobre	a	II:	na
expansão,	a	pressão	do	líquido	é	liberada	através	de
um	elemento	de	estrangulamento	(por	exemplo,	uma
válvula	de	expansão),	até	a	pressão	P1	(Ponto	4).	O
processo	de	estrangulamento	deve	ser	isentálpico,
não	envolvendo	qualquer	troca	de	energia.	A	respeito
da	asserção	III:	na	evaporação,	o	calor	é	transferido
para	a	mistura	líquido-vapor	até	que	todo	o	líquido
seja	evaporado	(de	volta	ao	Ponto	1).	Essa	é	a	etapa
do	ciclo	em	que	a	refrigeração	útil	é	gerada.	Essa
etapa	ocorre	em	um	trocador	de	calor.
I,	II	e	III,	apenas.b
II	e	III,	apenas.c
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36	-	39
Resposta	Incorreta:
A	alternativa	está	incorreta,	visto	que	a	respeito	da
asserção	I:	na	compressão,	o	vapor	saturado	na
pressão	P1	(Ponto	1)	é	comprimido	até	a	pressão	P2
(Ponto	2).	Idealmente,	a	compressão	isentrópica
(adiabática	e	reversível)	é	assumida.	O	trabalho
mecânico	é	fornecido	ao	compressor.	Sobre	a	II:	na
expansão,	a	pressão	do	líquido	é	liberada	através	de
um	elemento	de	estrangulamento	(por	exemplo,	uma
válvula	de	expansão),	até	a	pressão	P1	(Ponto	4).	O
processo	de	estrangulamento	deve	ser	isentálpico,
não	envolvendo	qualquer	troca	de	energia.	A	respeito
da	asserção	III:	na	evaporação,	o	calor	é	transferido
para	a	mistura	líquido-vapor	até	que	todo	o	líquido
seja	evaporado	(de	volta	ao	Ponto	1).	Essa	é	a	etapa
do	ciclo	em	que	a	refrigeração	útil	é	gerada.	Essa
etapa	ocorre	em	um	trocador	de	calor.
I	e	III,	apenas.d
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37	-	39
Resposta	Incorreta:
A	alternativa	está	incorreta,	visto	que	a	respeito	da
asserção	I:	na	compressão,	o	vapor	saturado	na
pressão	P1	(Ponto	1)	é	comprimido	até	a	pressão	P2
(Ponto	2).	Idealmente,	a	compressão	isentrópica
(adiabática	e	reversível)	é	assumida.	O	trabalho
mecânico	é	fornecido	ao	compressor.	Sobre	a	II:	na
expansão,	a	pressão	do	líquido	é	liberada	através	de
um	elemento	de	estrangulamento	(por	exemplo,	uma
válvula	de	expansão),	até	a	pressão	P1	(Ponto	4).	O
processo	de	estrangulamento	deve	ser	isentálpico,
não	envolvendo	qualquer	troca	de	energia.	A	respeito
da	asserção	III:	na	evaporação,	o	calor	é	transferido
para	a	mistura	líquido-vapor	até	que	todo	o	líquido
seja	evaporado	(de	volta	ao	Ponto	1).	Essa	é	a	etapa
do	ciclo	em	que	a	refrigeração	útil	é	gerada.	Essa
etapa	ocorre	em	um	trocador	de	calor.
II,	apenas.e
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38	-	39
Resposta	Incorreta:
A	alternativa	está	incorreta,	visto	que	a	respeito	da
asserção	I:	na	compressão,	o	vapor	saturado	na
pressão	P1	(Ponto	1)	é	comprimido	até	a	pressão	P2
(Ponto	2).	Idealmente,	a	compressão	isentrópica
(adiabática	e	reversível)	é	assumida.	O	trabalho
mecânico	é	fornecido	ao	compressor.	Sobre	a	II:	na
expansão,	a	pressão	do	líquido	é	liberada	através	de
um	elemento	de	estrangulamento	(por	exemplo,	uma
válvula	de	expansão),	até	a	pressão	P1	(Ponto	4).	O
processo	de	estrangulamento	deve	ser	isentálpico,
não	envolvendo	qualquer	troca	de	energia.	A	respeito
da	asserção	III:	na	evaporação,	o	calor	é	transferido
para	a	mistura	líquido-vapor	até	que	todo	o	líquido
seja	evaporado	(de	volta	ao	Ponto	1).	Essa	é	a	etapa
do	ciclo	em	que	a	refrigeração	útil	é	gerada.	Essa
etapa	ocorre	em	um	trocador	de	calor.
Referências
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Disponível	em:	https://arquivo.pt/wayback/20220413072028/http://e-
escola.tecnico.ulisboa.pt/topico.asp?id=576&ordem=2.	Acesso	em:	5	set.	2022.
ÇENGEL,	Y.	A.;	BOLES,	M.	A.	Termodinâmica.	Porto	Alegre:	Bookman,	2013.
(Disponível	na	Minha	Biblioteca).
COSTA,	E.	C.	Refrigeração.	São	Paulo:	Blücher,	2002.
DOSSAT,	R.	J.	Princípios	de	refrigeração.	São	Paulo:	Hemus,	1980.
PASCHOAL.	Refrigeração,	uma	longa	história.	Blog	do	Seu	Paschoal,	2017.
Disponível	em:	https://seupaschoal.blog.br/refrigeracao-uma-longa-
historia/#:~:text=Em%201805%2C%20o%20inventor%20americano,para%20pacie
ntes%20com%20febre%20amarela.	Acesso	em:	18	ago.	2022.
https://arquivo.pt/wayback/20220413072028/http://e-escola.tecnico.ulisboa.pt/topico.asp?id=576&ordem=2
https://seupaschoal.blog.br/refrigeracao-uma-longa-historia/#:~:text=Em%201805%2C%20o%20inventor%20americano,para%20pacientes%20com%20febre%20amarela
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