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MODULO I – Conceitos Básicos 2012 
 PROF. Eng. Mec MSc JORGE FERREIRA 
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MÓDULO I 
CONCEITOS BASICOS 
 
1. CONCEITOS 
2. HISTÓRICO 
3. FUNDAMENTOS DE ENERGIA E CALOR 
4. CONFORTO TÉRMICO 
5. NORMAS E BIBLIOGRAFIA 
6. O MERCADO DE AR CONDICIONADO 
7. SISTEMA DE UNIDADES 
8. O PROJETO DE AR CONDICIONADO 
9. O SISTEMA DE AR CONDICIONADO 
 
 
 
 
PROF. JORGE FERREIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. CONCEITOS 
ASHRAE 
 
É o processo de tratamento do ar que visa o controle simultâneo da temperatura, umidade, 
a pureza e a sua distribuição, de forma que atenda plenamente as exigências do espaço 
condicionado, inclusive no que se refere a QUALIDADE DO AR INTERNO. 
FINALIDADE 
 
O sistema de condicionamento de ar tem as funções de RESFRIAR, DESUMIDIFICAR, 
AQUECER, UMIDIFICAR, CONTROLAR O GRAU DE PUREZA, LANÇAR E 
DISTRIBUIR O AR. 
APLICAÇÕES 
 
Basicamente as aplicações do condicionamento do ar são em três áreas, ou seja: 
 
 CONFORTO HUMANO 
 
Para aumentar a produtividade em locais de trabalho, para lazer como em residências ou 
cinemas, para aumentar o nível de vendas como em shoppings centers, bancos, 
restaurantes ou viabilizar a permanência humana em locais impróprios como subsolos, 
minas, boites,etc. 
 
 PROCESSOS INDUSTRIAIS OU ÁREAS MEDICAS 
 
Para atender as exigências do processo de industrias farmacêuticas, de alimentos, de 
explosivos, de tecidos, hospitais etc. 
 
 OPERAÇÕES DE MAQUINAS E EQUIPAMENTOS 
 
Para atender as exigências das condições de operação de maquinas e equipamentos como 
em centro de processamento de dados, salas de controle industriais, salas de instrumentos 
eletrónicos, laboratórios de metrologia, etc. 
 
2. HISTÓRICO 
 
PRIMÓRDIOS 
 
 A primeira forma de condicionamento de ar foi o aquecimento. O uso da chaminé para 
tiragem de ar foi o primeiro passo na evolução deste sistema. 
 
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 Os romanos usavam esta técnica de ventilação para aquecer os ambientes das suas casas 
de banho. 
 Leonardo da Vinci foi o inventor do primeiro ventilador no final do século XV. 
 Em 1800 Dalton enunciou a sua Lei das Pressões Parciais. 
 Nesta época Benjamin Franklin escreveu um tratado sobre fornalhas, detalhando sua 
construção, instalação e operação. 
CALDEIRAS 
 
 Em 1894 uma central de aquecimento foi desenvolvida e construída com circulação de ar 
natural por diferença de densidade. 
 Em 1899 sistemas de ventilação forcada foram introduzidos. 
REFRIGERAÇÃO 
 
 Nos primeiros tempos, as formas utilizadas eram o uso de gelo dos lagos e rios, a neve, 
e por fabricação de gelo por solidificação da água deixada ao ar livre em noites claras e 
frias. 
 No século XVIII já se usavam a mistura de algumas substancias para baixar 
temperaturas, como a mistura de neve com cloreto de cálcio, usadas inclusive 
comercialmente. 
 Em 1851 o Dr. Jonh Gorrie patenteava a primeira maquina de fabricação de gelo, usando 
compressores de ar abertos. 
 Também na mesma época, Ferdinand Carre projetou a unidade de absorção com 
amônia. 
 Em 1853 Alexander Twining produzia 1600 lbs de gelo por dia com uma maquina de 
compressão utilizando éter sulfurico como refrigerante. 
 Daniel Holden logo a seguir projetou e construiu os primeiros compressores recíprocos. 
 Em 1872 Boyle desenvolveu o primeiro compressor para uso da amônia. 
 Já em 1880 estas maquinas eram usadas para produção de gelo para conservar carne e 
peixe. 
 Em 1904 foi criada a American Society of Refrigerating Engineers (ASRE) 
 Em 1908 foi realizado em Paris a primeiro congresso internacional de refrigeração. 
AR CONDICIONADO 
 
 A primeira instalação de ar condicionado foi projetada por Willis Carrier, engenheiro 
da Buffalo Forge Co., onde pela primeira vez se controlava ao mesmo tempo a 
temperatura e umidade do ar. 
Esta instalação resolveu o problema de absorção de umidade no papel da industria 
gráfica Sackett-Wihelms Lithography, em 1902. 
 Em 1904 criou o sistema de lavador de ar com bicos atomizadores para controlar o ponto 
de orvalho de sistemas de resfriamento , de grande aplicação na industria têxtil. 
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 Em 1908 Alfred Wolff instalou o primeiro condicionador de ar para uso hospitalar em 
Boston. 
 
 Em 1911 Carrier escreveu o tratado “Rational Psycrometric Formulae”, base de todo o 
estudo teórico do ar condicionado, que é a Psicrometria. 
 Em 1914 foi instalado o primeiro condicionador de ar em residência em Minnesota , bem 
como o primeiro condicionador para uso em igreja no Texas. 
 Em 1922 Carrier projetou a primeira maquina de refrigeração com o uso de 
compressores centrífugos, utilizando como refrigerante o Dielene. 
 Em 1930 Thomas Midley Jr. inventou o primeiro refrigerante halogenado (R12). 
 Em 1931 Servel projetou a primeira maquina de absorção utilizando o brometo de litio 
como absorvedor. 
 Em 1959 foi criada a ASHRAE - American Society of Heating, Refrigerating and Air 
Conditioning Engineers . 
 
3. FUNDAMENTOS DE ENERGIA E CALOR 
 
ENERGIA 
 
 E’ a capacidade de realizar trabalho . 
 O trabalho e’ realizado com as transformações de energia de uma forma ou de um lugar 
para outro. 
 Como formas de energia que se transformam em energia calorifica ou simplesmente 
CALOR temos: 
 
 
ELÉTRICA.......................................(aquecedores) 
SOLAR.............................................(luz solar) 
QUÍMICA...............através...............(combustão) 
NUCLEAR........................................(fissão de núcleos atômicos) 
MECÂNICA......................................(compressão, fricção e percussão) 
 
PRINCIPIO GERAL DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA 
 
 A ENERGIA NÃO SE CRIA NEM SE DESTROI, ELA APENAS SE TRANSFORMA DE 
UMA FORMA PARA OUTRA. 
 
CALOR 
 
 E’ a transferencia de energia térmica entre dois corpos, desde que haja entre eles um 
diferencial de temperatura. 
 CALOR 
 CALOR 
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TEMPERATURA 
 
 E’ a medida de intensidade ou nível de calor. 
 
 
Em unidade métricas/SI medidas em graus CELSIUS (oC) e em unidades inglesas em 
graus fahrenheit (oF) 
 
 oF - 32 
 o C = 
 1,8 
MEDIDA DE QUANTIDADE DE CALOR 
 
 Quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma massa d’água (Kg ou 
Lb) entre um intervalo de temperatura sob pressão normal. 
 
SISTEMA UNIDADE FLUXO DE CALOR (PUT) 
MÉTRICO KILOCALORIA KCAL/H 
INGLÊS BTUBTU/H 
SI KW (térmico) KJ/S 
TONELADA DE REFRIGERAÇÃO 
 
 Quantidade de calor removida pela fusão de uma tonelada de gelo em 24 horas. 
 
SISTEMA CÁLCULOS RESULTADO 
MÉTRICO 1000 Kg x 72,6 Kcal/Kg / 24 horas 3024 Kcal/h 
INGLÊS 2000 Lb x 144 Btu/Lb / 24 horas 12000 Btu/h 
SI 1000 Kg x 303,868 J/Kg / 24 horas x 3600 s/h 3,517 Kj/S (KW) 
FORMAS DE CALOR 
 
CALOR SENSÍVEL 
 
 E’quando ocorre uma variação de temperatura devido uma transferencia de energia, isto 
e’um corpo muda de temperatura quando cede ou absorve calor. 
 
A equação básica do fluxo de calor com mudança de calor sensível e’ : 
 
 Q = M x C x DT 
Q = Fluxo de calor 
M = Massa do corpo 
DT = Dif. de 
temperatura 
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CALOR LATENTE 
 
 E’quando ocorre uma mudança de fase devido uma transferencia de energia, isto é um 
corpo muda de fase quando cede ou absorve calor. 
 
 
A equação básica do fluxo de calor com mudança de calor latente e’ : 
 
 Q = M x L 
Q = Fluxo de calor 
M = Massa do corpo 
L = Calor Latente 
 
CALOR TOTAL 
 
 Também chamado de Entalpia, e’ a soma das quantidades de calor sensível e calor 
latente. 
 
 CT = CS + CL 
CT = Calor Total 
CS = Calor Sensível 
CS = Calor Latente 
PROCESSOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR 
 
 Tem em comum as seguintes características: 
 
Diferença de temperatura entre duas regiões e fluxo de calor da Temperatura mais alta para 
mais baixa. 
 
CONDUÇÃO 
 
 E’ a transferencia de calor de uma região de um corpo para outra do mesmo ou de 
diversos corpos em intimo contato. Se faz de partícula para partícula do corpo, mas sem 
que estas partículas se movimentem. Principalmente encontrada nos corpos sólidos. 
 
 
 A 
 
 T2 Q 
 
 
 T1 
 L 
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Q = (K / L) x A x DT 
Q = Fluxo de calor por condução 
A = Superfície onde se da’ a passagem de calor 
K = Coeficiente de condutividade térmica 
L = Espessura do material 
DT = Diferença de Temperatura ( T2 - T1 ) 
 
 
CONVECÇÃO 
 
E’ a transferencia de calor de uma zona para outra de um fluido por efeito do 
movimento das partículas do mesmo, ou melhor e’ a transferencia de calor de um meio que 
se move. E’ mais importante como mecanismo de troca de energia entre uma superfície 
solida e um fluido. 
 
 
Q = H x A x DT 
H= Coeficiente de película ou de filme 
 
 
RADIAÇÃO 
 
E’ a transferencia de calor que ocorre de uma fonte radiante para um objeto, sem que se 
aqueça o meio entre eles. A energia transmitida desta maneira e’ chamada calor radiante , 
porque pode se converter-se em calor por absorção do meio aonde ela incide. 
Quando a radiação incide sobre um corpo, e’ parte absorvida, transmitida e refletida. 
 
4. CONFORTO TÉRMICO 
CONCEITO ASHRAE 
 
E’ a sensação de bem estar revelada por uma pessoa ou grupo de pessoas com relação as 
condições do ambiente térmico. 
FATORES DE INFLUENCIA 
 
* Atividade Física do homem * Temperatura de Radiação Media 
* Temperatura do Ar * Resistência Térmica da vestimenta 
* Umidade do Ar * Idade 
* Velocidade Relativa do Ar 
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HOMEM COMO MAQUINA TÉRMICA 
 
O corpo humano utiliza os alimentos como combustível; parte da energia e’ utilizada na 
realização de trabalho, sendo que a restante e’ rejeitada como calor. 
Este calor gerado nas células e’ transferido ao sistema circulatório, o qual libera energia 
para o ambiente através da pele. 
Em regime permanente, ou seja em regime de equilíbrio térmico do corpo, a energia 
produzida pelo metabolismo e’ igual a diversas trocas térmicas do corpo com o ambiente. 
 
 
Estas trocas podem ser expressas por meio da chamada equação do metabolismo, ou seja: 
 
M = +- Qs +- Qr +- Qe +- Ql 
M = metabolismo 
Qs = transferencia por calor sensível 
 Qr = transferencia por calor de radiação] 
Qe = taxa de variação de energia armazenada pelo 
corpo 
Ql. = parcela de calor liberada para o meio em forma de: 
Perdas por EVAPORAÇÃO e pela RESPIRAÇÃO 
 
A taxa de metabolismo media representa o calor a ser removido pelo corpo por uma 
pessoa considerada num grupo de pessoas composta de homens, mulheres e crianças , em 
estado de repouso absoluto, com 12 horas de jejum e normalmente vestido. 
O calor a ser removido e’ importante porque representa uma parcela da carga térmica de 
resfriamento do sistema de ar condicionado. 
 
5. NORMAS E BIBLIOGRAFIA 
NORMAS 
As principais associações e normas nacionais e internacionais a serem observadas são as 
seguintes: 
 
NBr-6401 
 Instalações de Ar Condicionado Central 
NBr-658 
 Instalações de Ar Condicionado Central para hospitais. 
NBr-643 
 Instalações de Ar Condicionado Central para CPDs 
NBr-13971 
 Manutenção de Instalações de Ar Condicionado 
NBr- 
 Instalações de Exaustão de Cozinha 
ASHRAE 
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 American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers . 
ABRAVA 
 Associação Brasileira de Refrigeração Aquecimento Ventilação e Ar Condicionado . 
SMACNA 
 Sheet Metal and Air Conditioning Contractors National Association. 
 
ARI 
 Air Conditioning and Refrigerating Institute. 
AMCA 
 Air Moving and Conditioning Association. 
GEM 
 Normas para instalações de ar condicionado, ventilação e exaustão mecânica da 
Gerência de Engenharia Mecânica - RIOLUZ - Prefeitura do Município do Rio de 
Janeiro. 
PORTARIA No 3523/1998 – MINISTÉRIO DA SAÚDE - 
 Normas para Qualidade de Ar Interior em Sistemas de Ar Condicionado. 
RESOLUÇÃO 176 de 25/10/2000 
 Complemento das normas para Qualidade de Ar Interior em Sistemas de Ar 
Condicionado. 
RENABRAVA No 01 
 Recomendação normativa ABRAVA para execução de serviços de limpeza e 
higienizado de sistemas de distribuição de ar. 
RENABRAVA No 02 
 Recomendação normativa ABRAVA para Qualidade de Ar Interior em Sistemas de 
Condicionamento de Ar e ventilação para conforto. 
BIBLIOGRAFIA 
 
As principais publicações a respeito de sistemas de ar condicionado e ventilação mecânica 
são as seguintes: 
 CARRIER Handbook (Inglês e espanhol) 
 Manual de Ar condicionado - TRANE (Inglês e Português) 
 ASHRAE Handbooks - Fundamentals, Application, Systems and Equipments. 
 Refrigeração e Ar Condicionado - STOEKERAND JONES. (Inglês e Português) 
 Conforto Térmico - ENIO CRUZ COSTA 
 Tecnologia do Condicionamento do Ar - YAMANE E SAITO 
 Instalações de Ar Condicionado - HÉLIO CREDER 
 APOSTILAS da ABRAVA e CPUERJ 
 Ventilação e Ar Condicionado - REMI ARAÚJO 
 INDUSTRIAL VENTILATION 
 MANUAL DE VENTILAÇÃO INDUSTRIAL - NEFUSSI 
 VENTILAÇÃO e CONTROLE DA POLUIÇÃO - MCKINTAIRE 
 ACUSTICA ARQUITETONICA E CONDICIONAMENTO DE AR - PERIDES SILVA 
 
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6. O MERCADO DE AR CONDICIONADO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EQUIPAMENTOS DE AR CONDICIONADO 
VENTILADORES 
DISPOSITIVOS DE DISTRIBUIÇÃO DE AR 
TORRES DE RESFRIAMENTO 
CONTROLES 
 
7. SISTEMAS DE UNIDADES 
 
 GRANDEZA SISTEMAS 
 INGLÊS MÉTRICO SI 
Medida Linear FT M M 
Área FT2 M2 M2 
Calor BTU KCAL KJ 
Temperatura oF oC oC 
Massa LB KG KG 
Volume Especifico FT3/LB M3/KG M3/KG 
Entalpia BTU/LB KCAL/KG KJ/KG 
Umidade Absoluta GR/LB G/KG KG/KG 
Pressão (AR) IN CA MM CA PA 
Pressão (ÁGUA) FT CA M CA PA 
Calor especifico BTU/LBoF KCAL/KGoC KJ/KGoC 
Fluxo de Calor BTU/H KCAL/H W = J/S 
Vazão de AR CFM M3/H M3/S ou LT/S 
Vazão de ÁGUA GPM M3/H M3/S ou LT/S 
Velocidade do AR FPM M/S M/S 
Coef. Global TC (U) BTU/HFT2oF KCAL/HM2oC W/M2oC 
 
 
 
 
 CLIENTE 
 
 
CLIENTE 
 O INSTALADOR O PROJETISTA 
 O FABRICANTE 
A MANUTENCÃO 
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AS CONVERSÕES DE UNIDADES MAIS FREQÜENTES UTILIZADAS DO 
SISTEMAS INGLÊS E MÉTRICO PARA O SI SÃO AS SEGUINTES: 
 
Se a grandeza esta expressa em Multiplique por para acha-la 
FT 0,3048 M 
FT2 0,0929 M2 
BTU 1055,9 J 
KCAL 4187 J 
LB 0,4536 KG 
FT3/LB 0,0617 M3/KG 
GRAIN (1/7000 LB) 0,0648 G 
BTU/LB 2,3262 KJ/KG 
MM CA 9,8064 PA 
IN CA 249,08 PA 
BTU/LBoF 1,0559 KJ/KGoC 
BTU/HFT2oF 5,678 W/M2oC 
KCAL/HM2oc 1,163 W/M2oC 
BTU/H 0,2933 W 
KCAL/H 1,163 W 
CFM 1,7 M3/H 
CFM 0,472 LT/S 
CFM 0,000472 M3/S 
GPM 0,227 M3/H 
FPM 0,00508 M/S 
8. O PROJETO DE AR CONDICIONADO 
 
 
PROJETO BÁSICO 
O que é normalmente desenvolvido pelo projetista. 
ETAPAS DE EXECUÇÃO 
ESTUDO PRELIMINAR 
 O estudo preliminar tem por finalidade básica apresentar ao cliente a filosofia das 
 alternativas a serem adotadas no projeto baseado normalmente no projeto legal ou no 
 anteprojeto de arquitetura. 
Nesta fase poderão ser executados: 
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ANTE PROJETO 
O anteprojeto tem por finalidade básica apresentar ao cliente o desenvolvimento da 
filosofia adotada no projeto (estagio intermediário sujeito ainda a modificações), baseado 
normalmente no anteprojeto de arquitetura e no desenho de iluminação definido pelo 
projetista de instalações. Deverá ser solicitado ao cliente a aprovação formal do 
anteprojeto. 
Nesta fase poderão ser executados: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTIMATIVA 
INICIAL DE 
CARGA TÉRMICA 
 
CARGA TÉRMICA 
MAIS APURADA 
(FINAL) 
ESTIMATIVA DE 
PONTOS DE 
FORÇA E ÁGUA 
DESENHOS COM: 
LOCALIZAÇÃO E DIMENSIONAMENTO 
DE CASAS DE MAQUINAS (CENTRAL DE 
ÁGUA GELADA E CONDICIONADORES) E 
SHAFTS 
PONTOS DE FORÇA, ÁGUA E DRENO 
FLUXOGRAMA SIMPLIFICADO DOS 
SISTEMAS 
DESENHOS COM: 
LOCALIZAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS 
REDES DE DUTOS EM UNIFILAR 
POSICIONAMENTO DE GRELHAS E 
DIFUSORES 
REDE HIDRÁULICA EM UNIFILAR 
FLUXOGRAMA DOS SISTEMAS 
PREDIMENSIONAMENTO 
DE: DUTOS (TRECHO 
INICIAL), EQUIPAMENTOS, 
DIÂMETROS DE 
TUBULAÇÕES, GRELHAS 
E/OU DIFUSORES 
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PROJETO FINAL 
O projeto final tem por finalidade básica apresentar ao cliente o detalhamento do 
projeto a partir do anteprojeto aprovado com pequenas modificações combinadas. 
 
 
Nesta fase poderão ser executados: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 PROJETO EXECUTIVO OU DE DETALHAMENTO 
O que é normalmente desenvolvido pelo instalador, em função dos fabricantes dos 
equipamentos selecionados e espaços finais definidos pela arquitetura ou já construídos. 
PROJETO “AS-BUILT’ 
O que é normalmente desenvolvido pelo instalador, no final da obra, ou seja como o 
próprio nome define “ COMO CONSTRUÍDO”. 
 
 
 
 
 
 
ESPECIFICAÇÃO COM: 
MEMORIAL DESCRITIVO 
CADERNO DE ENCARGOS 
EQUIPTOS.MECANICOS 
FOLHAS DE DADOS 
RELAÇÃO DE DESENHOS 
PLANILHAS 
DESENHOS COMPLETOS COM: 
 CENTRAL DE ÁGUA GELADA, TORRES, 
BOMBAS, CONDICIONADORES E 
VENTILADORES, REDES DE DUTOS EM 
BIFILAR, GRELHAS E DIFUSORES, REDE 
HIDRÁULICA EM UNIFILAR, DETALHES 
TÍPICOS, FLUXOGRAMA DE SISTEMAS 
CONTROLES 
DIMENSIONAMENTO DE: 
DUTOS E TUBULAÇÕES 
SELEÇÃO E 
DIMENSIONAMENTO DE 
EQUIPAMENTOS, 
GRELHAS E/OU 
DIFUSORES E CONTROLES 
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9. O SISTEMA DE AR CONDICIONADO 
 
 
 
SELF-CONTAINED TORRE DE 
RESFRIAMENTO 
VENTILADOR 
EVAPORADOR 
VAL. EXPANSAO 
COMPRESSOR 
BOMBA DE AGUA 
DE CONDENSACAO 
CONDENSADOR 
AR EXT 
AR DE 
RETORNO 
AR DE 
INSUFLAMENTO 
AR EXF.