gabarito ar condicionado

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PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E 
AR CONDICIONADO
2019
Prof.a Mariana Barbosa
GABARITO DAS 
AUTOATIVIDADES
2
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
UNIDADE 1
TÓPICO 1
1 O conhecimento de como as propriedades termodinâmicas se 
relacionam é fundamental para que possamos determinar a variação 
de grandezas que não podem ser obtidas experimentalmente. Isso 
tem como alicerce a definição de derivada total e os axiomas de 
diferenciais parciais, sobre os quais são estabelecidas as relações 
de Maxwell. De posse a essas informações, assinale a alternativa que 
indica a variação da entropia em relação a pressão de um sistema 
num processo à pressão constante e igual a 300 kPa.
Dados: volume específico da água a 300 ºC e 300 kPa: 0,87535 m³/kg; 
volume específico da água a 200 ºC e 300 kPa: 0,71643 m³/kg.
a) ( ) 0,00159 m³/kg.K.
b) ( ) 0,02571 m³/kg.K.
c) (X) -0,00159 m³/kg.K.
d) ( ) 0,00163 m³/kg.K.
e) ( ) -0,03418 m³/kg.K.
Resposta comentada: A partir da definição de energia de Gibbs: g = h- Ts, 
(g ≡ energia de Gibbs específica, h ≡ entalpia específica; T ≡ temperatura 
do sistema; s ≡ entropia específica) e de sua segunda derivada, podemos 
concluir que: . Então, com as informações fornecidas, chegamos a: 
 m³/kg.K, portanto o que se deseja é 
m³/kg.K.
2 A entropia é uma propriedade termodinâmica que foi assim 
nomeada com o enunciado da segunda lei da Termodinâmica. 
A partir dela, pode-se determinar a eficiência de equipamentos 
mecânicos, como compressores, bombas e turbinas. No entanto, 
não existe um instrumento capaz de mensurá-la, então faz-se 
necessário utilizar de equações fundamentais para determinar a 
sua variação. Assinale a alternativa que indica a expressão utilizada 
para a estimativa da variação da entropia em relação a temperatura 
num processo isobárico.
a) ( ) . 
b) (X) . 
( ) ( )pTs vp T∂ ∂= −∂ ∂
( ) ( )p 0,87535 0,71643v 0,00159T 300 200−∂ = =∂ − ( )Ts 0,00159p∂ = −∂
/T p
/pc T
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PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
c) ( ) . 
d) ( ) . 
e) ( ) . 
Resposta comentada: A partir da diferencial total do conjunto: (1) entropia 
em relação a temperatura e pressão, (2) entalpia em relação a temperatura 
e pressão, e da equação fundamental de entalpia dada por ,
obtemos que: , que num processo a pressão 
constante, tem-se que .
/p v
/vc p
/p T
( ) ( ) ( ) pp pTi v sT v dp T c dTp T T   ∂ ∂ ∂+ − = −   ∂ ∂ ∂  
( ) p
p
cs
T T
∂ =∂
di Tds vdp= +
TÓPICO 2
1 As cartas psicrométricas são bastante úteis para a determinação 
do teor de umidade de uma corrente gasosa, o que nos fornece as 
condições que deveriam ser alcançadas para se atingir um conforto 
térmico. Por isso, existe uma variedade de recursos tecnológicos 
para auxiliar na obtenção de informações nelas contidas, como 
é o caso do site http://www.agais.com/toolbox/psicrometria3.
php. Utilizando essa ferramenta, tem-se um problema em que ar 
atmosférico a 101,33 kPa é alimentado em um trocador de calor 
a 3400 m³/h numa temperatura de bulbo seco de 33 °C e umidade 
relativa 30%. Como resultado disso, obteve-se uma corrente de saída 
a temperatura de bulbo seco de 15 °C e bulbo úmido equivalente a 
12 °C. Nessas condições, obteve-se com o site os seguintes dados: 
Condição de entrada: razão de mistura = 0,0095 kg água/kg ar, 
entalpia = 57 kJ/kg; Condição de saída: razão de mistura = 0,0075 kg 
água/kg ar seco, entalpia = 34 kJ/ kg; Entalpia da água = 50,41 kJ/kg; 
Volume específico = 0,88 m³/kg. Diante essas informações, assinale 
a alternativa que indica o módulo da taxa de transferência de calor 
ocorrida no trocador de calor.
a) (X) 24,6 kW.
b) ( ) 13,7 kW.
c) ( ) 39,4 kW.
d) ( ) 18,3 kW.
e) ( ) 57,1 kW.
Resposta comentada: Aplicando a equação de conservação de energia 
para um sistema aberto, operando em regime permanente, na ausência 
de trabalho mecânico e desprezando as variações de energia cinética e 
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PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
potencial, chega-se que a taxa de transferência de calor ocorrida no trocador 
de calor é equivalente a variação da entalpia na corrente de fluido. Como a 
massa do ar se conserva, obtemos: , substituindo 
os valores fornecidos, chegamos a kW.
2 Os dados contidos em uma carta psicrométrica nos fornecem 
subsídios para o projeto de umidificação, desumidificação, mistura 
adiabática de dois fluxos de ar úmido e resfriamento evaporativo, 
que são processos importantes na indústria alimentícia e de 
processos químicos. Baseado nisso, classifique V para as sentenças 
verdadeiras e F para as falsas. 
( ) As propriedades termodinâmicas importantes para o estudo e uso da 
psicrometria são volume e entropia.
( ) A temperatura de bulbo úmido é a indicada por um termômetro 
convencional, desde que expresse a temperatura em que o sistema se 
encontra supersaturado. 
( ) A temperatura de ponto de orvalho corresponde a temperatura em que 
o ar úmido atinge a saturação na pressão local.
( ) Razão de mistura ou umidade relativa representa uma razão entre a 
massa de vapor de água e a massa de ar seco.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA:
a) ( ) V – V – V – F.
b) ( ) F – F – F – V.
c) ( ) V – V – F – V.
d) (X) F – F – V – F.
e) ( ) V – V – F – V.
Resposta comentada: O primeiro item está falso, pois as propriedades 
importantes para a psicrometria são entalpia e volume. O segundo item 
está falso, pois a temperatura de bulbo úmido é, de fato, medida por um 
termômetro comum, mas o termômetro encontra-se envolvido por um tecido 
de algodão molhado com água destilada. O terceiro item está correto e define 
a temperatura de ponto de orvalho, no qual há a formação da primeira gota. 
O quarto item está falso, pois a razão de mistura é equivalente a umidade 
absoluta em vez da umidade relativa, como descrito.
( ) ( )saida entrada 1 2 águaQ m i i Y Y i = − + − 
( ) ( )3400Q 34 57 0,0095 0,0075 50,41 24,60,88.3600  = − + − = 
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PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
TÓPICO 3
AUTOATIVIDADE
1 Com os cálculos de entalpia, entropia e volume específico para o 
R-22, R-134 e H2O a partir da equação de estado proposta, os valores 
obtidos foram muito diferentes dos calculados por um gás ideal? 
R.: É esperado que os resultados tenham uma diferença considerável, com 
erros relativos superiores a 10%, uma vez que a equação de gás ideal não é 
aplicada com exatidão para a faixa de propriedades termofísicas tabeladas 
no enunciado da prática.
2 Por que os desvios encontrados foram da magnitude calculada?
R.: Os desvios foram elevados tendo em vista que a condição de idealidade 
só é aceita para pressões reduzidas inferiores a 10% e temperaturas 
reduzidas superiores a unidade, o que não acontece para grande parte dos 
dados fornecidos.
3 Quais são os motivos que justificam a diferente obtenção de um 
gráfico temperatura versus volume específico para o R-22 e a H2O?
R.: O motivo principal se refere pela maior capacidade do fluido refrigerante 
em armazenar e liberar energia na forma de calor, que se resume aos efeitos 
entálpicos do processo. Assim, os diagramas temperatura versus volume 
apresentam binoidal menos extensa quando comparada a água.
AUTOATIVIDADE
1 Para o experimento do viscosímetro de Stokes, responda:
a) Quais foram os valores médios do diâmetro das esferas e do tubo?
R.: Necessita-se conhecer os valores de todos os diâmetros e efetuar o 
cálculo de média aritmética, ou seja, somatório dos diâmetros dividido pelo 
número de corpos analisados.
b) Qual foi o valor médio para o tempo de queda dos corpos esféricos?
R.: Necessita-se conhecer os valores de todos os tempos de queda dos 
corpos e efetuar o cálculo de média aritmética, ou seja, somatóriodos 
tempos dividido pelo número de testes analisados.
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PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
c) Qual é o valor da viscosidade dinâmica do fluido analisado? Lembre-
se de inserir as incertezas associadas a cada variável medida, em 
seguida utilize da propagação de erros para determinar a incerteza 
da medição da viscosidade calculada.
R.: Conhecendo-se a distância em que o corpo se desligou e o tempo 
de queda, determina-se a velocidade e a viscosidade dinâmica pode ser 
calculada pela equação do viscosímetro de Stokes, dada pela equação que 
se segue. Para a determinação das incertezas, precisa-se verificar os erros 
associados aos equipamentos.
2 Para o experimento do copo Ford, responda:
a) Qual é o tempo médio de esvaziamento do copo?
R.: Necessita-se conhecer os valores de todos os tempos de esvaziamento 
do copo e efetuar o cálculo de média aritmética, ou seja, somatório dos 
tempos dividido pelo número de testes analisados.
b) Qual é a viscosidade dinâmica do fluido analisado?
R.: A expressão do copo de Ford relaciona a viscosidade cinemática com 
os dados coletados no experimento, que são: altura inicial e altura final do 
fluido em questão no copo, constante característica do copo e tempo de 
esvaziamento, Equações 125 e 126. Então, aplicam-se esses dados para a 
obtenção da viscosidade cinemática, em seguida multiplica-se pela massa 
específica do fluido que se desconhece essa propriedade de transporte para 
o cálculo da viscosidade dinâmica.
c) Compare os resultados encontrados para o viscosímetro de Stokes 
de copo. Os valores encontrados foram próximos? Justifique o 
porquê da diferença observada.
R.: Os valores devem ser similares, com erros inferiores a 20%, tendo em 
vista que em ambas análises há efeitos que não foram considerados no 
equacionamento, como a resistência do ar, atrito do fluido com a parede, 
entre outros. Mas, pela ordem de grandeza das variáveis em estudo, não 
se espera erros acentuados em relação aos obtidos na literatura científica.
( )²1
18 1 2,0144 
s F
s
gD
DV
D
ρ ρ
µ
−
=
 + 
 
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PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
AUTOATIVIDADE
1 Como se trata de uma aplicação da primeira lei da termodinâmica, quais 
os instrumentos dessa prática que representam o sistema em estudo?
R.: A lata de alumínio representa o sistema em estudo, no qual será visualizado 
os efeitos de trabalho (giros sucessivos) advindos do fornecimento de calor 
(chama) pela vela.
2 No momento em que se acendeu a vela, o que pode ser visualizado?
R.: Verifica-se a formação de vapor e uma movimentação da lata.
3 Qual é a explicação para o movimento da lata?
R.: O calor cedido pela vela foi recebido pela água, transformando-a numa 
fase com maior potencial de energia, o que induz a transferência energética 
na forma de trabalho.
4 O que acontece se for apagada a chama da vela?
R.: Ao cessar o fornecimento de energia na forma de calor, não há nenhum 
outro potencial energético que seria capaz de, suficientemente, provocar 
modificações no corpo de prova. Ou seja, o fenômeno de giro da lata é cessado.
TÓPICO 3
1 Elabore um algoritmo que seja capaz de determinar as propriedades 
psicrométricas a partir das entradas descritas a seguir e apresente 
os erros em relação aos valores obtidos em cartas psicrométricas:
a) Temperatura de bulbo seco e bulbo úmido (TBSBU).
R.: Entrada de temperatura desejada e temperatura de bulbo úmido 
(fornecidas pelo usuário)
Especificação das constantes: pressão em que se processa o fenômeno e a 
constante universal dos gases.
Cálculo da pressão de vapor na temperatura de bulbo úmido.
Cálculo da umidade absoluta na pressão determinada no passo anterior.
Cálculo da pressão de vapor na temperatura de saturação.
Cálculo da umidade absoluta na temperatura de saturação.
Cálculo da umidade absoluta em função da umidade absoluta determinada 
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PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
pela temperatura de bulbo úmido.
Cálculo da pressão de vapor a partir da umidade absoluta.
Cálculo da umidade relativa a partir da pressão de vapor e pressão de vapor 
na temperatura de saturação.
Cálculo da temperatura de orvalho a partir da pressão de vapor.
Cálculo do volume específico e entalpia a partir da umidade absoluta.
Inserção de dados coletados na literatura para: temperatura de bulbo úmido, 
ponto de orvalho, umidade absoluta e relativa, volume específico e entalpia.
Comparação de resultados com os obtidos por cartas psicrométricas.
b) Temperatura de bulbo seco e umidade relativa (TBSUR).
R.: Entrada pelo usuário da temperatura e umidade relativa.
Inserir como parâmetro a pressão do sistema e constante universal dos 
gases.
Calcular a pressão de vapor de saturação.
Calcular a umidade absoluta na temperatura de saturação.
Cálculo da pressão de vapor.
Cálculo da umidade absoluta em função da pressão de vapor.
Cálculo da temperatura de orvalho usando a pressão de vapor.
Cálculo do volume específico e entalpia em função da umidade absoluta.
Cálculo da temperatura de bulbo úmido.
Comparação de resultados com os obtidos por cartas psicrométricas.
c) Temperatura de bulbo seco e umidade absoluta (TBSUA).
R.: Inserção da temperatura e da umidade absoluta.
Fixar os dados de pressão e constante universal dos gases.
Cálculo da pressão de vapor na saturação.
Cálculo da umidade absoluta de saturação usando a pressão de saturação.
Cálculo da pressão de vapor.
Cálculo da umidade relativa a partir da pressão de vapor e pressão de vapor 
na saturação.
Cálculo da temperatura de ponto de orvalho a partir da pressão de vapor.
Cálculo de volume específico e entalpia em função da umidade absoluta.
Cálculo da temperatura de bulbo úmido.
Comparação de resultados com os obtidos por cartas psicrométricas.
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PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
UNIDADE 2
TÓPICO 1
1 Para o funcionamento de um ciclo de refrigeração, é requerido um 
trocador de calor para realizar a condensação e evaporação do fluido 
refrigerante. Existe uma diversidade de fabricantes de trocadores de 
calor, que se diferenciam, basicamente, na qualidade e configuração 
dos seus sistemas. Com relação ao trocador de calor do tipo carcaça 
e tubos julgue os itens que se seguem.
I- O trocador de calor carcaça e tubo de escoamento paralelo apresenta 
uma melhor eficiência térmica em relação à disposição em contracorrente.
II- O projeto de trocador de calor requer o conhecimento do coeficiente 
convectivo de troca térmica.
III- Deve-se levar em conta nas análises de trocador de calor o fator de 
incrustação, que confere uma resistência a mais para o sistema.
Agora, assinale a alternativa que apresenta o(s) item(s) CORRETO(S).
a) ( ) I, apenas.
b) ( ) I e II.
c) (X) II e III.
d) ( ) III, apenas.
e) ( ) I e III.
Resposta comentada: O primeiro item está incorreto, pois a configuração 
contracorrente oferece uma maior troca térmica em relação ao paralelo, 
pois o gradiente de temperatura ao longo do trocador de calor tende a se 
manter constante. O segundo item está correto, já que os fluidos estão em 
movimento, o que requer o conhecimento da transferência de calor por 
convecção, consequentemente, é primordial a determinação do coeficiente 
convectivo. O terceiro item está correto, pois com o uso do trocador de 
calor, pode haver deposição de partículas ou sólidos, além de fenômenos 
de corrosão nas paredes dos dutos, o que diminui a área de transferência 
de calor e aumenta a resistência ao sistema.
2 Os compressores são equipamentos fundamentais para elevar 
a pressão do fluido em sistemas de condicionamento de ar e 
refrigeração. Existe uma diversidade de opção no mercado para 
a aquisição desses dispositivos, que se diferem em faixas de 
pressão e vazão operacional, assim como em termos de estruturas 
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PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
físicas. Contudo, eles são unânimes quanto ao equacionamento 
dos princípios físicos envolvidos, que basicamente recaem na lei 
da conservação de massa e de energia em um volume de controle. 
Diante disso, para o casode um compressor de potência 447 kW, 
com entrada de ar a 9 kg/s em condições atmosféricas e temperatura 
de 21 ºC e saída a 344 kPa, 38 °C numa seção de 0,09 m², assinale a 
alternativa que apresenta o valor da taxa de transferência de calor 
ocorrida nesse processo. 
 Dado: capacidade calorífica do ar equivale a 1005 J/kg.K.
a) (X) -290 kW.
b) ( ) 360 kW.
c) ( ) -476 kW.
d) ( ) 185 kW.
e) ( ) 0 kW.
Resposta comentada: Se assumirmos que o compressor opera em estado 
estacionário, efetuar apenas o balanço de massa não nos auxilia a resolver 
essa questão, já que verificaríamos que a somatória de taxa mássica de 
entrada é igual a somatória de saída, como o sistema possui apenas uma 
entrada e uma saída, então 9 kg/s seriam admitidos e dispensados pelo 
compressor. Então, é necessário efetuar os cálculos envolvendo a primeira 
lei da termodinâmica para volumes de controle, ou seja, , 
que para propriedades uniformes e o estado de gás ideal aceito, resulta em 
. Como as correntes de entrada e de saída não 
apresentam desnível considerável e a velocidade de entrada (Vel1) é a 
atmosférica, esses parâmetros são nulos. Finalmente, a equação de energia 
recai em , com m/s. O trabalho 
foi fornecido no enunciado da questão, como é uma potência fornecida da 
vizinhança para o sistema, é um trabalho de compressão, logo negativo. 
Assim, o cálculo da transferência de calor é: .
2
.
2sc
VelQ W i gz Vel dAρ
 
− = + + 
 
∫


( )
2 2
2 1
2 1 2 12 2p
Vel VelQ W m c T T gz gz
 
− = − + − + − 
 
( )
2
2
p 2 1
VelQ W m c T T
2
 
− = − + 
 
( )22
2 2
m RT 1 1Vel 9 287 38 273 25,9
A p 0,09 344000
= = ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ =
( ) ( )
225,9Q 447000 9 1005 273 38 273 21 9 290000 W
2
 = − + ⋅ ⋅ + − + + ⋅ = − 
TÓPICO 2
1 O ciclo de Carnot reverso é uma referência para os outros processos 
de refrigeração que foram surgindo ao longo dos anos, pois ele 
apresenta etapas que conduzem ao máximo de eficiência possível. 
Em termos gerais, ele se assemelha ao ciclo de uma máquina de 
potência, mas como possuem finalidades distintas, espera-se que as 
etapas envolvidas neles sejam diferentes. Baseado nas definições 
do ciclo de Carnot reverso, analise os itens que se seguem.
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PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
I- É composto pelos equipamentos: evaporador, compressor, condensador 
e turbina. 
II- Baseia-se em duas etapas com troca de calor entre o fluido refrigerante 
e a vizinhança imediata e duas etapas irreversíveis. 
III- É convenientemente apresentado num diagrama temperatura versus 
entalpia, cuja área abaixo da curva gerada identifica o valor da taxa de 
transferência de calor dos processos envolvidos. 
IV- A eficiência desse refrigerador é dada pelo quociente entre calor da fonte 
fria e o trabalho líquido do sistema.
Agora, assinale a alternativa que apresente o(s) item(s) CORRETO(S).
a) (X) I e IV.
b) ( ) I, II e IV.
c) ( ) II e III.
d) ( ) I e III.
e) ( ) II e IV.
Resposta comentada: O primeiro item está correto e cita corretamente os 
dispositivos térmicos e mecânicos de um ciclo de refrigeração de Carnot. 
O segundo item está falso, apesar de ser composto por duas etapas com 
transferência de calor, as outras duas etapas são isentrópicas, o que implica 
em serem adiabáticas e reversíveis. O terceiro item está falso, pois o correto 
seria temperatura versus entropia, já que essa relação é identificada pela 
segunda lei da termodinâmica, que diz respeito à troca de calor. O quarto 
item está correto, já que o conceito de eficiência tem de apresentar o 
quociente entre uma variável desejada (resfriamento) e outra a custo do 
que isso é feito (inserção de trabalho).
2 A partir da realização de ensaios experimentais é possível determinar 
alguns parâmetros importantes de dispositivos de refrigeração, como 
por exemplo um compressor. Supondo que num determinado processo 
foi utilizado R134 com condições de entrada no compressor dadas por 
3,2 bar e 10°C, e saída a 9 bar e 60°C. Assinale a alternativa que apresenta 
corretamente o valor da eficiência isentrópica desse equipamento.
Dados: nas condições de entrada a entalpia e entropia valem, 
respectivamente, 255,62 kJ/ kg e 0,9427 kJ/kg.K; na saída tem-se 293,21 kJ/
kg e 0,9897 kJ/kg.K. Caso seja necessário obter outros valores de entalpia 
ou entropia, a figura a seguir mostra valores para a sua interpolação.
12
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
RELAÇÃO DE ENTALPIA E ENTROPIA DO R134
FONTE: A autora
a) ( ) 75%.
b) ( ) 25%.
c) (X) 60%.
d) ( ) 40%.
e) ( ) 91%.
Resposta comentada: A partir das informações fornecidas no enunciado 
da questão, em específico de entalpia, é possível determinar o trabalho 
real necessário para o funcionamento do compressor em análise. Para 
isso, devem ser assumidas algumas hipóteses simplificadoras, tais 
como: operação em estado estacionário, variação desprezível da energia 
cinética e potencial entre as correntes de entrada e saída do dispositivo, 
operação adiabática. Assim, o trabalho real requerido é dado pela diferença 
de entalpia: h2-h1, ou seja, 293,21-255,62= 37,6 kJ/kg. A eficiência do 
compressor é dada pela razão entre o trabalho isentrópico e o trabalho real, 
então o cálculo do trabalho isentrópico é obtido interpolando-se as entalpias 
dadas no gráfico, que resulta em 278,03-255,62= 22,38 kJ/kg. Portanto, a 
eficiência é obtida por 22,38/37,56, isto é, aproximadamente 60%.
TÓPICO 3
AUTOATIVIDADE
1 O diagrama temperatura versus entropia obtido se assemelha a 
algum ciclo de refrigeração estudado? Justifique sua resposta 
confrontando o gráfico obtido com o coletado na literatura, que deve 
ser referenciada.
13
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
R.: O diagrama característico de um ciclo de refrigeração é o da forma 
temperatura versus entropia, com a inserção de linhas isobáricas. Para o 
estudo de caso proposto, necessitou-se coletar os valores de entalpia e 
entropia para os diversos equipamentos, no caso, utilizou o site do NIST de 
forma a se chegar como respostas:
Estado 1: p=140 bar, T=480°C, i= 3264,5 kJ/kg, s= 6,3145 kJ/kg.K.
Estado 2: p=60 bar, T=345°C, i=3031,98 kJ/kg, s= 6,3145 kJ/kg.K.
Estado 3: p=60 bar, T=400°C, i=3177,2 kJ/kg, s= 6,5408 kJ/kg.K.
Estado 4: p=0,1 bar, i=2071,14 kJ/kg, s,l= 0,6493 kJ/kg.K, s,v=8,1502 kJ/
kg.K, x=0,7854.
Estado 6: p=2 bar, i=2475,84 kJ/kg, s,l= 1,5301 kJ/kg.K, s,v=7,1271 kJ/kg.K, 
x=0,8952.
Estado 7: p=60 bar, i=1213,4 kJ/kg, v=1,3187.10-3 m³/kg.
Estado 8: p=140 bar, i= 1223,95 kJ/kg.
Estado 9: p=0,1 bar, i=191,83 kJ/kg, v=1,0102.10-3 m³/kg.
Estado 10: p=2 bar, i= 192,02 kJ/kg.
Estado 11: p=200 kPa, i=504,7 kJ/kg, v=1,0605.10-3 m³/kg.
Estado 12: p=140 bar, i= 519,335 kJ/kg.
Estado 13: p=140 bar, T=290°C, i=852,45 kJ/kg.
Estado 14: 907,146 kJ/kg.
Com isso, o diagrama obtido tem o aspecto qualitativo dado pela figura a 
seguir.
DIAGRAMA TEMPERATURA E ENTROPIA DO ESTUDO DE CASO
FONTE: A autora
2 Calcular o valor da taxa de transferência de calor calculada pela 
definição do ciclo de potência? 
14
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
R.: A taxa de calor representa a diferença entre as entalpias do 
processo, que é expressa por: q=(i1-i14)+(1-x)(i3-i2), ou seja, q=(3204,5-
907,146)+0,846840(3177,2-3055,232)=2460,64 kJ/kg.
3 Existe alguma recomendação para aumentar a eficiência do ciclo de 
potência analisado? Justifique a sua resposta.
R.: A eficiência do processo pode ser calculada pela relação entre o trabalho 
líquido e o calor líquido, o que resulta em 44%, que parece ser uma eficiência 
baixa. Contudo, devido às limitações do fluido utilizado e o atendimento do 
desenvolvimento verde, seria necessário um estudo de exergia do sistema 
bem como realizar todos esses cálculos para um outro fluido de trabalho.
AUTOATIVIDADE
1 Quais são as justificativas, matemáticas e físicas, para o aumento 
do coeficiente de performancede um ciclo em relação ao outro? 
R.: Para justificar o aumento da eficiência (coeficiente de performance), 
necessita-se desenvolver os equacionamentos pertinentes, conforme 
descrito abaixo.
Coleta de entalpia nos pontos 1, 3 e 4, resultando em, respectivamente, 
249,4, 109,8 e 109,8 kJ/kg. No caso do processo isentrópico dado por 
2’, tem-se que a entalpia nessa posição é 284,9 kJ/kg. Conhecendo-se a 
eficiência isentrópica, tem-se que a entalpia do ponto 2 equivale a 296,75 
kJ/kg, portanto o COP resulta em 2,948.
Já no caso em que se tem múltiplos estágios, a entalpia do ponto 2 em 
que se tem um processo isentrópico reduz para 266, 92 kJ/kg e a real 
para 272,76 kJ/kg. Com isso, necessita-se estimar o título no ponto 6, 
sendo equivalente a 0,1973. A partir daí, coleta-se a entalpia no estado 3, 
equivalente a 269,7058 kJ/kg, e, portanto, a entalpia no estado 4 equivale a 
294,2 kJ/kg, cujo aumento provocará efeito do COP para 3,27.
2 Você considera essa melhoria uma otimização do processo? 
Justifique a sua resposta.
R.: Pode ser uma otimização do processo, visto que representou um aumento 
de eficiência em 110%, que é significativo, principalmente nas condições em 
que há restrições por ordem ambiental ou energética.
15
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
AUTOATIVIDADE
1 Quais são as semelhanças do ciclo elaborado com o estudo no 
tópico de ciclos de refrigeração?
R.: As semelhanças referem-se ao uso de dois equipamentos térmicos 
(condensadores e evaporadores) e dois mecânicos (compressor e válvula 
estranguladora). Então, há regiões em que se consegue absorver energia 
de um espaço que naturalmente tenderia a se manter em equilíbrio térmico 
em relação ao meio externo, e rejeito de calor para o meio externo. Esses 
efeitos são aprimorados conforme a variação na pressão do fluido, o que 
justifica o uso de expansores e pressurizadores.
2 Baseado nos seus conhecimentos acerca do ciclo de Carnot, quais 
seriam as suas propostas para otimizá-lo? 
R.: Na verdade, o ciclo de Carnot é um ciclo idealizado, e, por isso, ele 
representa uma máxima eficiência. Não há como aprimora-lo, pois todos os 
ciclos reais se baseiam nesse ciclo.
3 Qual é a influência do sobreaquecimento no desempenho térmico 
de um ciclo termodinâmico?
R.: O sobreaquecimento favorece a entalpia do fluido, com isso, ele possui 
um maior potencial energético para ser convertido em trabalho.
TÓPICO 3
1 Qual é a correlação adequada para a massa específica e a viscosidade 
dinâmica da água em relação a temperatura?
R.: Para o caso da água, pode-se fazer uma função polinomial para 
descrever a relação entre a massa específica com a temperatura, bem 
como viscosidade dinâmica em função da temperatura. Os coeficientes 
dessas equações podem ser estimados a partir do conhecimento dessas 
propriedades e de um ajuste de curva feito por uma planilha eletrônica, por 
exemplo Excel.
2 Qual é a equação que relaciona a capacidade calorífica a pressão 
constante da água e a temperatura?
16
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
R.: Pelo fato da capacidade calorífica a pressão constante (cp) representar 
a variação da entalpia em função da temperatura em conjunto com a 
capacidade da água em armazenar energia na forma de calor, a equação 
que relaciona cp com a temperatura é um polinômio.
3 Quais são os valores médios para as propriedades termofísicas 
(massa específica – ρ e cf) e de transporte (viscosidade dinâmica - 
µ) que preenchem a tabela e suportam os cálculos dessa prática?
PROPRIEDADES NECESSÁRIAS PARA O DESENVOLVIMENTO
 DA PRÁTICA PROPOSTA
T2 (°C) T3 (°C) ρ (kg/m³) cf (J/kg.K) µ (Pa.s)
76 84,1
72,2 83,5
73 84,5
69,7 84,6
78,5 88,3
77,6 88,2
73,8 86,6
69,1 85,6
FONTE: A autora
R.: Os valores para serem preenchidos no quadro dependem do polinômio 
obtido nas Questões 2 e 3. 
4 Ao utilizar as equações listadas na contextualização dessa prática, 
quais são os valores da diferença média de temperatura, taxa de 
transferência de calor e do coeficiente global de troca térmica que 
preenchem os dois quadros que seguem? (Utilize uma área de seção 
transversal equivalente a 3,0.10-5 m²)
17
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
CÁLCULOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR NO CONDENSADOR 
COM 4 PASSES
T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) ∆TLn (°C) Q (J/s) U (W/m²K)
100 76 84,1
100 72,2 83,5
100 73 84,5
100 69,7 84,6
FONTE: A autora
CÁLCULOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR NO CONDENSADOR 
COM 2 PASSES
T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) ∆TLn (°C) Q (J/s) U (W/m²K)
100 78,5 88,3
100 77,6 88,2
100 73,8 86,6
100 69,1 85,6
FONTE: A autora
R.: O cálculo de ∆TLn requer a aplicação da equação 65, o cálculo da taxa 
de transferência de calor é feito pela equação 64 e o coeficiente global de 
transferência de calor pela equação 63.
5 Qual é a expressão você usaria para determinar o número de 
Reynolds (Re) de cada teste?
R.: O número de Reynolds é determinado pela equação abaixo, em que é 
uma função do diâmetro interno da tubulação, velocidade de escoamento e 
viscosidade cinemática ( ).
6 Qual é a relação obtida entre a troca de calor e a vazão volumétrica 
para o conjunto de testes com 4 e 2 passes? 
Re dv
ν
=
Re dv
ν
=
18
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
UNIDADE 3
R.: Para responder a essa questão, é necessário calcular a efetividade do 
condensador e o número de Reynolds para os oito casos analisados. Para 
facilitar a visualização dos efeitos da vazão sobre a transferência de calor, 
necessita-se preencher com essas informações a tabela 12 e plotar num 
gráfico essas informações.
EFEITO DA VAZÃO VOLUMÉTRICA NO NÚMERO DE REYNOLDS E TROCA 
TÉRMICA NO CONDENSADOR
Número de passes Q (mL/s) Efetividade Re
4 60
4 50
4 40
4 30
2 60
2 50
2 40
2 30
FONTE: A autora
R.: Com o preenchimento da tabela 12 e do esboço da figura de troca de calor 
em função da vazão, deve-se verificar que a troca energética é diretamente 
proporcional à vazão do fluido. Além disso, a transferência de calor é maior 
para a configuração de 4 passes, pois nessa abordagem temos uma maior 
área de troca térmica.
TÓPICO 1
1 O assunto desenvolvimento sustentável está em foco nos debates 
informais, em reuniões de centros universitários e indústrias 
químicas, farmacêuticas, alimentícias, entre outras, pois a visão 
das pessoas em todo o mundo sobre como é “preciso garantir 
as necessidades do presente sem comprometer o futuro” 
vem mudando. O desenvolvimento de ambientes inteligentes 
19
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
proporcionaria, além de uma economia energética, uma mínima 
degradação ambiental, conciliando o desenvolvimento econômico e 
social com a preservação ambiental. 
FONTE: <http://www.ene.unb.br/adolfo/Monographs/Graduation/TG09%20Alexandra
%20G.%20%C3%81vila%20e%20Breno%20H.%20Saloio.pdf>. Acesso em: 23 abr. 
2018.
Neste contexto, julgue as afirmações que se seguem:
I- Um bom projeto requer um sistema de ar-condicionado que proporcione, 
simultaneamente, conforto térmico, eficiência energética e economia 
de energia.
II- Os ares-condicionados do tipo janela têm como sua principal 
característica seu baixo nível de ruído.
III- Os ares-condicionados do tipo Split se caracterizam por terem a unidade 
condensadora e evaporadora instaladas em locais distintos, porém 
ligadas através de uma linha frigorígena.
É CORRETO apenas o que se afirma em:
a) (X) I.
b) ( ) II.
c) ( ) III.
d) ( ) I e II.
e) ( ) I e III.
Resposta comentada: O primeiro item está correto e define o que é necessário 
para um projeto de sistema de ar-condicionado correto, caracterizado 
por proporcionar conforto térmico, eficiência energética e economia de 
energia. O segundo item está incorreto, pois o sistema de ar-condicionado 
citado, por possuir a unidade condensadora e evaporadora em um mesmo 
compartimento, tem como característica um maior nível de ruído quando 
comparado aos modelos splits tradicionais. O terceiro item está correto e 
descreve sucintamente os sistemas de condicionamento de ar.
2 O ar-condicionado do tipo Hi-Wallé um split que permite a instalação 
na parede, por isso ele também é chamado de “parede” (tradução 
de wall, em inglês). É o tipo mais comum de split, podendo ser 
encontrado, principalmente, em residências e em estabelecimentos 
comerciais de pequeno porte. Os splits Hi-Wall estão cada vez 
mais sofisticados, com painel espelhado, coloridos, com adesivos 
decorativos e evaporadoras menores. Além desses pontos 
interessantes, eles estão também com instalação mais barata. 
FONTE: <http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/1380/1/MD_COMIN_2012
_2_10.pdf>. Acesso em: 23 abr. 2019.
20
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Neste contexto, julgue as asserções que se seguem e a relação 
proposta entre elas.
I- Os ares-condicionados do tipo Hi-Wall apresentam um baixíssimo nível 
de ruído interno.
PORQUE
II- Dado sua concepção as partes ruidosas ficam instaladas no ambiente 
externo deixando no ambiente interno apenas a unidade evaporadora 
instalada na parede.
Sobre as asserções é CORRETO apenas o que se afirma em:
a) (X) As asserções I e II são proposições verdadeiras, e II é uma 
justificativa da I.
b) ( ) As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma 
justificativa da I. 
c) ( ) A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa. 
d) ( ) A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira. 
e) ( ) As asserções I e II são proposições falsas.
Resposta comentada: Encontrado principalmente em residências e em 
ambientes comerciais de pequeno porte, o ar-condicionado do tipo Hi-Wall, 
além de bonito, é um tipo de split que permite sua instalação na parede. Neste 
tipo de sistema, as partes ruidosas ficam instaladas no ambiente externo 
deixando no ambiente interno apenas a unidade evaporadora instalada na 
parede, contribuindo assim para um baixíssimo nível de ruindo no ambiente 
interno. Além disso, os split HI- Wall tem entre outras vantagens o baixo 
consumo energético dada a alta eficiência de seus compressores.
3 Os tipos residenciais e comerciais mais usuais são: janela, split 
hi-wall, split cassete, split piso-teto e o dutado. Eles variam 
principalmente quanto à forma de instalação, os formatos dos 
aparelhos e as potências de refrigeração. Os tipos janelam e o split 
hi-wall costumam ser mais baratos por possuírem fácil instalação, 
sendo o custo do split hi-wall um pouco mais elevado, porém é o 
mais encontrado em residências e estabelecimentos comerciais. 
FONTE: <https://monografias.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/3358/3/analise- 
quantitativa-aproveitamento-PIMENTA-Artigo.pdf>. Acesso em: 23 abr. 2019.
21
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Considerando o contexto apresentado, assinale a alternativa CORRETA:
a) ( ) O modelo de ar-condicionado do tipo janela apresenta menor nível 
de ruído quando comparados aos splits.
b) ( ) O modelo Split Cassete é um tipo de ar-condicionado indicado para 
ambientes de pequeno porte.
c) (X) O ar-condicionado Split do tipo piso teto consiste em um 
robusto sistema de ar-condicionado split que como tal possui 
uma elevada capacidade de refrigeração.
d) ( ) O ar-condicionado do tipo Split Built é indicado para ambientes 
em que existam diferentes áreas que devem ser climatizadas em 
condições diferentes.
e) ( ) O resfriamento evaporativo consiste em processo de resfriamento 
que utiliza a evaporação da gelo seco para resfriar uma corrente de 
ar, portanto, os fluidos de trabalho são o ar e gelo seco.
Resposta comentada: O ar-condicionado Split do tipo piso teto consiste 
em um robusto sistema de ar-condicionado split que como tal possui uma 
elevada capacidade de refrigeração. Explicação dos distratores: a) O modelo 
de ar-condicionado do tipo janela apresenta maior nível de ruído quando 
comparados aos splits; b) O modelo Split Cassete é um tipo de ar-condicionado 
indicado para ambientes de médio porte; d) O ar-condicionado do tipo Split 
Build é indicado para ambientes em que existam diferentes áreas que devem 
ser climatizadas em condições semelhantes; e) O resfriamento evaporativo 
consiste em processo de resfriamento que utiliza a evaporação de água para 
resfriar uma corrente de ar, portanto, os fluidos de trabalho são o ar e a água.
TÓPICO 2
1 Leia atentamente os trechos a seguir que se referem à instalação de 
ar-condicionado:
Num dia de calor, você verificou suas economias e viu que conseguirá 
comprar um ar-condicionado para instalar na sala de residência. 
Verificou, então, em sites de diversas marcas qual apresentava a melhor 
relação entre custo e benefício, observando o consumo de energia 
quando acionado e o preço de mercado. Como é a primeira vez que 
você tem contato com esse tipo de equipamento, você resolve chamar 
um técnico especializado em ar-condicionado para não danificar o 
seu produto recém-adquirido ou até mesmo provocar acidentes. O 
profissional contratado já verificou que no prédio onde você mora é 
permitido o tipo de ar-condicionado que você comprou e está pronto 
para começar a trabalhar. 
22
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Baseado no texto apresentado e em seus conhecimentos acerca de 
instalação de ar-condicionado, analise os itens que seguem.
I- Os danos aparentes ou ocultos na unidade devem ser avisados 
imediatamente para a companhia de transporte.
II- Mantenha sempre que possível o maior comprimento das tubulações de 
fluido refrigerante e fiação.
III- É essencial manter as extremidades dos tubos abertas até que as 
ligações de instalação sejam realizadas.
Agora, assinale a alternativa que apresenta somente o(s) item(s) 
CORRETO(S).
a) (X) I.
b) ( ) II.
c) ( ) I e II.
d) ( ) II e III.
e) ( ) I, II e III.
Resposta comentada: O primeiro item está correto, já que realizar a inspeção 
da unidade adquirida é fundamental para que se constate se houve algum dano 
à estrutura durante o transporte. O segundo item está incorreto, pois na verdade 
deve-se manter sempre que possível o menor comprimento das tubulações 
de fluido refrigerante e fiação, pois isso evita prejuízos na capacidade de 
refrigeração e altos custos de operação. O terceiro item está incorreto, já que é 
importante manter as extremidades dos tubos seladas utilizando-se válvulas de 
serviço até que as ligações de instalação sejam feitas.
2 Existe uma variedade de falhas que podem ocorrer na unidade de 
condicionamento de ar ou sistema de refrigeração, principalmente 
no que diz respeito ao funcionamento do compressor, dentre elas 
pode-se mencionar a verificação que não há tensão na tomada da 
parede. Diante da constatação desse problema, assinale a alternativa 
que apresenta uma possível solução para resolver o impasse e o 
sistema voltar a operar normalmente.
a) ( ) Troque o termostato.
b) ( ) Posicione a caixa de energia no lugar correto.
c) ( ) Desative o funcionamento do ventilador.
d) (X) Troca do fusível danificado.
e) ( ) Regule a carga térmica.
Resposta comentada: diante da checagem do problema do tipo não há 
tensão na parede, recomenda-se a substituição do fusível danificado.
23
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
TÓPICO 3
AUTOATIVIDADE
1 Qual o mecanismo de transferência de calor que mais contribui para 
a carga térmica do sistema de condicionamento de ar? Justifique a 
sua resposta.
R.: Para responder a essa pergunta, é necessário efetuar a transferência de 
calor condutiva, convectiva e por radiação solar. Discretizado, temos que:
Calor por condução sabendo-se a constituição: madeira lei 3 (2,54) cm, 
tijolo comum 25 (20) cm e reboco 2 cm. Para esse caso, são consideradas 
três resistências condutivas, sendo que cada uma delas se referem aos 
materiais utilizados. Assim, o cálculo desse circuito térmico reduz-se a: 
Camada 1: ; 
Camada 2: ; 
Camada 3: . 
Com isso, a resistência total condutiva equivale ao somatório dessas 
resistências, visto queo circuito se encontra em série. Então, temos que a 
resistência condutiva equivale a 9 kcal/h.m.°C.
Calor por convecção sendo que a superfície externa está exposta por: (1) ar 
parado, (2) vento a 12 km/h, (3) vento a 24 km/h. Nesse caso, a velocidade 
do velocidade interfere no coeficiente de convecção e, como o coeficiente de 
convecção aumenta com a velocidade macroscópica, então é esperado que 
o terceiro cenário seja o mais adequado para otimizar a troca térmica, de 
tal modo que o coeficiente convectivo para o caso em que o ar se encontra 
parado equivale a 7,13 kcal/h.m².°C, no segundo caso 19,5 kcal/h.m².°C e, 
por fim, no terceiro caso tem-se 29,3 kcal/h.m².°C.
Calor por radiação: Assumindo que o coeficiente de transferência de calor 
no horário, dia e posição especificados seja de 400 W/m², que corresponde 
a um valor próximo ao apresentado na tabela 10 na posição e hora 
especificados para o mês de janeiro, então a taxa de transferência de calor 
devido a radiação solar corresponde a 3000 W.
Calor sensível em duto de retorno retangular 50 por 35 cm e 20 m de 
comprimento, isolamento de isopor com duas polegadas: temperatura do 
ar de retorno em 27 °C, temperatura do ar externo correspondente a 37 °C. 
Para essa carga térmica, é necessário o cálculo da área disponível para a 
transferência de calor, que corresponde a A=2.20.(0,35+0,50)= 34 m². O 
coeficiente global de troca térmica pode ser considerado como 0,59 kcal/h.
m².°C. Com isso, a taxa de transferência e calor no duto de retorno é dada 
1 1R h.m. C / kcal
Condutividade 0,13
= = °
1 1R h.m. C / kcal
Condutividade 1,11
= = °
1 1R h.m. C / kcal
Condutância 2,39
= = °
24
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
por: q=34.0,59.(37-27)=200,6 kcal/h.
Influência da carga térmica devido à presença 10 pessoas exercendo 
atividades moderadas e 60 pessoas sentadas em um escritório: para o 
cálculo da taxa de transferência de calor, basta multiplicar o número de 
pessoas com a sua respectiva demanda energética que é uma função do 
tipo de atividade que ela está exercendo. No caso, temos que para atividade 
lenta ou sentada a taxa de transferência de calor sensível corresponde a q= 
60.62=3720 kcal/h e a taxa de transferência de calor latente corresponde 
a q=60.38,1= 2286 kcal/h. Para o caso em que as 10 pessoas estão em 
atividade moderada, temos que a taxa de transferência de calor sensível 
equivale a q=10.64= 640 kcal/h e a taxa de transferência de calor latente 
expressa por q=10.101,8= 1018 kcal/h.
Presença de motores elétricos correspondentes a 3 ventiladores de teto 
com 175 W e rendimento de 87 %: Nesse caso, o único cálculo a ser 
realizado para determinar a carga térmica adicionada ao ar circulante é feito 
considerando-se que há uma perda de eficiência do sistema de ventilação já 
que há efeitos dissipativos elétricos, então q=175/0,87= 201,15 W para cada 
ventilador e 603,5 W para o sistema como um todo.
Iluminação com 22 conjuntos de lâmpadas fluorescentes de 3 x 60 W e 10 
spotlights incandescente de 180 W: no caso das lâmpadas tem-se que a 
carga térmica corresponde a q=22.3.60= 3960 W, já no caso dos spotlights 
temos q=10.180=1800 W, o que resulta num total de 5760 W.
Ventilação em uma sala de aula com 40 lugares: com a especificação desse 
espaço, utiliza-se fator recomendado pela norma NBR 6401 equivalente 
a 50 m³/h de ar preferível, então o ar exterior tem uma vazão de 40.50= 
2000 m³/h. O cálculo do calor sensível devido a esse efeito corresponde 
a q=0,29.2000.(34-24)= 5800 kcal/h e, por sua vez, o calor latente é 
quantificado por q=583.(0,014-0,009).1,2.2000= 7000 kcal/h.
Latente relacionado ao espaço a 25 °C, com sistema de ventilação que 
proporciona uma vazão de ar igual a 100 m³/h a 10 °C: necessita-se 
coletar a entalpia de saturação do vapor de água à condição de 25 °C, que 
corresponde a 12,26 kcal/kg e à 10 °C equivale a 4,6 kcal/kg. Então, o calor 
latente resulta em q=1,2.100.(12,26+4,6)= 2023 kcal/h. 
2 O que aconteceria nos cálculos da questão anterior se fosse utilizada 
uma tinta térmica na parede exposta ao ar atmosférico?
R.: Os cálculos de condução e convecção seriam os mesmos, mas a 
contribuição devido a radiação seria menor, visto que foi inserida uma 
proteção térmica na parede. O percentual de redução é dependente das 
características dessa tinta térmica.
25
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
3 A carga térmica devida à iluminação deve ser levada em consideração 
na escolha do ar-condicionado? Justifique a sua resposta.
R.: Sim, e essa carga térmica terá uma certa relevância quanto maior for a 
potência dos equipamentos que promovem a iluminação do espaço.
4 Se o número de pessoas no recinto fosse duplicado, seria esperado 
que a carga térmica também aumentasse em duas vezes? Justifique 
a sua resposta.
R.: A carga térmica devido ao número de pessoas seria de fato duplicada, 
mas a carga térmica total sofreria um aumento percentual, já que pode haver 
outras fontes de energia que tenham maior contribuição sobre a quantidade 
de calor necessária para ser removida.
5 Qual o valor para a carga térmica total? Baseado nesse número 
calculado, qual seria o ar-condicionado selecionado? Justifique 
a sua resposta apresentando opções de fabricantes com seus 
respectivos valores.
R.: A resposta para essa pergunta dependerá da diferença de temperatura 
entre o meio externo e o interno, já que isso afeta nos cálculos da condução 
térmica. Após a realização desse cálculo, soma-se todos os efeitos e então 
observa-se em endereços eletrônicos as opções existentes no mercado 
para a aquisição de um ar-condicionado que tenha uma potência superior à 
carga térmica total calculada.
AUTOATIVIDADE
1 A partir das informações fornecidas, qual foi a carga térmica 
total da sala de lutas? Você considera esse valor alto para um 
estabelecimento comercial? Justifique sua resposta.
R.: Para encontrar o cálculo da carga térmica total da sala de lutas, requer-
se o preenchimento da tabela a seguir conforme as especificações dadas no 
enunciado, cujo resultado encontra-se na tabela que se segue.
26
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
RESULTADO PARA A CARGA TÉRMICA DA SALA EM ESTUDO
Cliente: Marcus Local: Academia
Janelas ou portas dispostas à insolação
Localização Área Sem proteção Com proteção interna Fator Energia
Norte 240 115 70
Nordeste 240 95 70
Leste 270 130 85
Sudeste 200 85 70
Sul 0 0 0
Sudoeste 400 160 115
Oeste 10,20 500 220 150 5100
Noroeste 350 150 95
Paredes externas expostas à radiação
Tipo Área Construção Leve Construção pesada Fator Energia
Orientação ao 
Sul 13 10
Outra orientação 26 20 12 12 312
Interna 52,2 13 13 13 679
Detalhamentos do teto
Tipo Área Fator Energia
Ao sol sem isolamento 75
Entre andares 26 13 338
Sob telhado com insolação 18
Sob telhado sem insolação 50
Influência do número de pessoas
Tipo Número Fator Energia
Em atividade normal 150
Em repouso 75
Em atividade intensa 20 750 15000
Outras fontes de calor
Quantidade Item Potência Fator Energia
Bebedouro 2 140 0,86 240,8
Televisão 1 104 0,86 89,44
Modem 1 8 0,86 6,88
27
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Motores elétricos
Quantidade Item Potência Fator Energia
Não se aplica 645
... 645
Influência de iluminação
Tipo Item Quantidade Potência Fator Energia
Incandescente 1
Fluorescente 1 1 30 0,5 390
Portas ou vãos continuamente abertos para áreas não condicionadas
Número da porta Área Quantidade Fator Energia
Não se aplica 150
... 150
 Carga térmica total:
22,15 kW, ou 21000 Btu/h equivalente a 1,75 TR
Orientação do sistema a ser adquirido:
FONTE: A autora
Esse valor pode ser considerado razoável tendo em vista que existe pouco 
equipamento eletrônico, mas a carga térmica das pessoas é considerável, 
que representa a mais em 50% do total. 
2 Em sua opinião, Marcus foi detalhista nos dados fornecidos ou faltou 
algo para que o projeto fosse conclusivo? Justifique sua resposta.
R.: Marcus poderia ter detalhadotambém a contabilização do efeito térmico 
do piso, já que a academia se encontra no penúltimo andar. Com isso, a 
carga térmica total seria equivalente a 22494 W, representando um aumento 
de 2% no valor total, aproximadamente. 
3 Qual é a diferença da carga térmica se fosse implementado algum 
mecanismo para proteção térmica na janela?
R.: A resposta para essa pergunta é dependente do tipo de isolamento usado, 
já que isso interferirá no fator a ser multiplicado pela procedência do calor, 
quantificado pela contribuição de calor por condução. Mas, é claro que se 
observará uma melhoria frente ao cenário em que não se dispõe desse recurso.
28
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
4 Qual é a sua proposta para apresentar a Marcus? Seria mais adequado 
um único ar-condicionado ou pelo menos dois? Justifique sua 
resposta em termos econômicos e também sobre o ponto de vista 
dos esforços demandados pelos dispositivos do circuito em questão.
R.: Para a carga térmica necessária, investigou-se que existem modelos Split 
de 21000 Btu que custam R$2.000,00 (pesquisa feita pelo Google no ano 
de 2019). Mas, como a intenção é aumentar o número de frequentadores do 
espaço, recomenda-se a instalação de um ar-condicionado de 24.000 Btu, que 
pode ser adquirido por R$2.500,00. É claro que a escolha de apenas um ar-
condicionado deve observar as condições em que o local se encontra para a 
instalação, observando a fiação e pontos relacionados à segurança operacional. 
Observar, também, que caso o ar-condicionado falhe, não haverá refrigeração 
qualquer no recinto, ao passo que a opção de dois equipamentos de 12.000 Btu 
poderia ser mais recomendada pois na falha de um equipamento, o outro ainda 
continua em operação, mesmo que subdimensionado.
AUTOATIVIDADE
1 Quais são as variáveis necessárias para a determinação da vazão 
mássica de fluido refrigerante no ar-condicionado?
R.: RA vazão mássica do fluido refrigerante necessária para a operação 
é uma função da carga térmica a ser removida pelo ar-condicionado. 
Então, necessita-se especificar alguns parâmetros para o problema, por 
exemplo: compressor de eficiência isentrópica equivalente a 70%, pressão 
de evaporação 5,5 bar, pressão de condensação 18 bar, corrente de saída 
do evaporador é gás refrigerante superaquecido em 11,92 °C, condensador 
com líquido saturado e subresfriado a 6,69 °C. Além disso, são necessárias 
algumas simplificações, como perda de carga desprezível na linha de 
refrigeração e queda de pressão no trocador de calor irrelevante.
2 Quais são os valores de entalpia das correntes envolvidas no processo 
que permitem a determinação da eficiência do ar-condicionado?
R.: No estado 1, em que se tem vapor superaquecido, a entalpia equivale 
a 259,9 kJ/kg. Para o estado 2, deve-se levar em conta primeiramente à 
condição de compressão isentrópica, que então apresenta como entalpia 
291,48 kJ/kg, mas como é sabida a eficiência de 75%, então a entalpia 
no estado 2 resulta em 305 kJ/kg. No estado 3, que se refere ao líquido 
saturado, tem-se que a entalpia é 94,53 kJ/kg, por fim, devido a presença 
da válvula isentálpica, a entalpia em 4 é 94,53 kJ/kg.
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PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
3 Qual é o valor do coeficiente de performance do ciclo?
R.: O coeficiente de performance do ciclo é dado pelo quociente entre a 
diferença das entalpias do estado 1 e 4 com a diferença entre as entalpias do 
estado 2 e 1. Substituindo os valores encontrados na questão anterior, tem-se 
que o coeficiente de performance do circuito em análise equivale a 3,66.
4 Qual é a troca térmica no evaporador?
R.: A troca térmica do evaporador requer o conhecimento do deslocamento 
do compressor, que será admitido como sendo 0,004835 m³/s. Então, 
necessita-se do volume específico do estado 1, que corresponde a 0,04547 
m³/kg para então calcular a taxa de transferência de calor, a qual é obtida 
efetuando-se o cálculo: q= 0,004835/0,04547.(259,9-94,53)= 1055 kJ/min.
TÓPICO 3
1 Qual é o ganho de vapor pelo ar de entrada em kg/h? O que se deve 
esse aumento?
R.: O ganho de vapor é resultante da diferença entre a vazão de vapor na 
saída da torre de resfriamento e a vazão de vapor na entrada, ou seja, 17,13-
7,04 = 10,09 kg/h. Esse aumento se deve pela evaporação da água que sofreu 
resfriamento, fazendo com que o ar tivesse um aumento de sua umidade.
2 Qual é a taxa de perda mássica de água percebida?
R.: A perda de água é resultante da diferença entre a vazão de entrada da 
água na torre de resfriamento e a sua vazão de saída, isto é, 248,51-221 = 
27,51 kg/h.
3 Qual é a energia específica do (i) ar seco, (ii) vapor e (iii) água 
líquida na entrada e saída? Baseado nesses resultados, você 
pode considerar que a torre de resfriamento se encontra isolada 
termicamente? Justifique sua resposta.
R.: A entalpia do ar seco pode ser estimada em função da capacidade 
calorífica a pressão constante do ar seco (1,0043 kJ/kg.K) com a sua 
temperatura, que resulta em 29,63 kJ/kg ar seco na entrada e 36,86 
kJ/kg ar seco na saída. A entalpia do vapor de água necessita de uma 
consulta a algum endereço eletrônico, como por exemplo o site do 
National Institute of Standards and Technology (nist), que na condição de 
entrada corresponde a 44,6 kJ/kg ar seco e na saída 109,01 kJ/kg ar seco. 
30
PRÁTICAS DE REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
A energia específica da água líquida também requer o uso de alguma 
referência para a sua determinação, em que com auxílio do site nist.gov 
encontram-se 135,32 kJ/kg de ar seco na entrada e 60,59 kJ/kg ar seco na 
saída. Com essas informações, verifica-se que o total de energia entrando 
no volume de controle (correntes externas do processo) corresponde a 
29,63+44,6+135,32= 209,6 kJ/kg de ar seco. Analogamente, na saída 
temos que 36,86+109,01+60,59= 206,46 kJ/kg ar seco. Então, verifica-
se que houve uma diferença de 3,14 kJ/kg ar seco entre as correntes de 
entrada e de saída, mas isso não pode justificar o fato da coluna não estar 
bem isolada, tendo em vista que houve uma perda de água considerável 
no teste realizado, o que prejudica o balanço energético.