Aula 01

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Disciplina : CCE0317 – Refrigeração e Climatização
Turma 3001
Campus Praça Onze
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Prof. Marco Antonio Greco
Carga Horária - Teórica 88
 - Campo 44
1ª Aula
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Pré-Requisitos
CCE0317 – Refrigeração e Climatização – 8º
CEL0009 - INTRODUÇÃO AO CÁLCULO DIFERENCIAL – 1º 
CCE0056 - FÍSICA TEÓRICA I - 2º
CCE0189 - FÍSICA TEÓRICA II – 3º 
CCE0187 - FENÔMENOS DE TRANSPORTES – 4º 
CCE0385 - TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA – 7º 
CCE0375 – TERMODINÂMICA – 5º 
Conteúdo do Curso
Termodinâmica (Revisão)
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História e Desenvolvimento do Ar Condicionado
Ciclos de Refrigeração
Equipamentos de Refrigeração e Ar Condicionado.
Cargas Térmicas e Psicrometria
Sistemas de Refrigeração
Controles de Sistema de Condicionamento de Ar
Segurança
Empresas/Fornecedores de Equipamentos e Soluções
Objetivos Gerais
Fornecer conhecimentos sobre Refrigeração nos seus
diversos segmentos para que possam ser aplicados ao 
nível de sua competência e utilizados como base para
 estudos mais aprofundados
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Objetivos Específicos
Capacitar o estudante a :
analisar sistemas de refrigeração de conforto ou industrial;
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
calcular cargas térmicas;
compreender os ciclo de refrigeração e sua importância;
identificar, entender e descrever os componentes e acessórios;
avaliar o funcionamento e o desempenho de sistemas de refrigeração ;
compreender o funcionamento dos sistemas de controle e automação, 
conhecer as regras de segurança aplicáveis a estes sistemas.
Metodologia de Ensino
Atividades Teóricas em sala de aula :
 conteúdo programático será desenvolvido por meio de 
 exposições dialogadas e exercícios.
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Atividades Estruturadas :
 a disciplina contém atividades estruturadas a serem
 desenvolvidas pelo aluno e debatidas em sala de aula 
 pelo professor da disciplina.
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Atividades de Campo :
 a disciplina contém atividades de campo a serem desenvolvidas 
 pelo aluno e avaliadas pelo professor da disciplina.
Procedimentos de Avaliação
Composto de 3 etapas :
Avaliação 1 (AV1)
Avaliação 2 (AV2)
Avaliação 3 (AV3)
a AV1 contemplará o conteúdo da disciplina até sua realização;
as AV2 e AV3 abrangerão todo o conteúdo da disciplina;
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Para aprovação na disciplina o aluno deverá :
atingir resultado igual ou superior a 6,0 (seis), calculado a partir da
 média aritmética entre os graus da avaliação, sendo consideradas 
 apenas as duas maiores notas obtidas dentre as três etapas de 
 avaliação ( AV1, AV2 e AV3);
obter grau igual ou superior a 4,0 em, pelo menos, duas das três avaliações;
frequentar, no mínimo, 75% das aulas ministradas.
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Bibliografia
Bibliografia Básica
1.	Livro : Refrigeração Industrial
 	Wilbert F. STOECKER e J. M. JABARDO – Edit. Blücher - SP
2.	Livro : Instalações de ar condicionado 
 	Helio CREDER – Edit. LTC - RJ
 
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Bibliografia
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Biblioteca : 
40 exemplares
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Bibliografia
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Biblioteca : 
2 exemplares
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Bibliografia
Bibliografia Complementar
1.	Livro : Ar Condicionado e Refrigeração
 Rex Miller e Mark r. Miller – Edit. LTC 
2.	Livro : Introdução à tecnologia da Refrigeração e da Climatização
 	J. G. SILVA – Edit. Artliber – SP
3.	Livro : Refrigeração e ar condicionado 
 	W. F. STOECKER e J.W. JONES – Edit. McGraw-Hill - SP
4.	Livro : Princípios de refrigeração : teoria, prática, exemplos, problemas, soluções 
 	Roy J. DOSSAT – Edit. Hemus - SP
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
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Bibliografia
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Biblioteca : 
35 exemplares
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Bibliografia
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Biblioteca :
30 exemplares
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Bibliografia
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Biblioteca :
2 exemplares
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Bibliografia
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Biblioteca :
1 exemplar
4 volumes
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Lembretes
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
1. Presença às aulas – marcação 
3. Data de Trabalho de Campo – valor 1 ponto na AV1 e na AV2
5. Avaliações AV1 e AV2 - com consulta a livros e material somente 
2. Celulares – liberdade total para falar fora da sala de aula
4. Material de estudo
7. Curso : 25 encontros 
 - 2 feriados – 3 avaliações – 2 revisões de provas – 1 estudo 
 dirigido – 1ª aula = 16 encontros 
6. Estudo dirigido ( a ser discutido)
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Termodinâmica
As noções (recordações) que serão apresentadas são indispensáveis ao eficaz entendimento da disciplina Refrigeração e Climatização, por isto devem ser observadas para consulta quando necessárias.
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História e Desenvolvimento 
do Ar Condicionado
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Roma antiga 
 a água de aquedutos circulava através das paredes de certas casas 
 para arrefecer (diminuição de calor, resfriamento)
China – século II
 inventor chinês Ding Huan , criou um ventilador rotativo , 
 constituído de sete rodas de 3 m de diâmetro, operado 
 manualmente para condicionar o ar.
Pérsia medieval 
 edifícios com cisternas e torres de vento 
 (badgirs) para épocas quentes, as cisternas 
 semelhantes a piscinas (recolhiam a água das 
 chuvas); as torres de vento dispunham de 
 aberturas que captavam o vento e de cata-
 ventos direcionavam o fluxo de ar para o interior
 do edifício, normalmente passando sobre a 
 cisterna e saindo por uma torre de 
 arrefecimento situada a Jusante da direção do 
 vento.
História e desenvolvimento do Ar Condicionado
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Década de 1600
 o inventor holandês Cornelius Drebbel fez a demonstração 
 “transformando o verão em inverno” perante o Rei Jaime VI da Escócia.
Em 1758
 Benjamin Franklin e o britânico John Hadley conduziram uma experiência 
 para mostrar o princípio da evaporação como meio de arrefecer 
 rapidamente um objeto. 
História e desenvolvimento do Ar Condicionado
Egito medieval 
 foram inventados os ventiladores, usados nas casas do Cairo, 
 estavam orientados na direção de Qibla, seguindo a orientação de 
 fluxo de ar da cidade.
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
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História e desenvolvimento do Ar Condicionado
Em 1820
 o cientista britânico Michael Faraday descobriu que comprimir e 
 liquefazer a amônia poderia resfriar o ar, quando a amônia liquefeita 
 fosse permitida evaporar.
Em 1842
 o médico americano John Gorrie usou tecnologia de compressor para 
 criar gelo, o qual usava para esfriar o ar para os pacientes do hospital. 
 Apesar de vazamentos e funcionamento irregular, em 1851, 
 foi concedida uma patente a Gorrie pela sua máquina de fazer gelo.
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
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Em 1902
 a primeira unidade moderna de ar condicionado foi inventada por
 Willis Carrier, em Buffalo, nos EUA, quando trabalhava para uma 
 empresa gráfica.
Em 1906
 Stuart W. Cramer, outro americano, explorou formas de adicionar
 umidade ao ar na sua fábrica têxtil para tornar os materiais têxteis 
 mais fáceis de processar; combinou a umidade com a ventilação
 para condicionar a alterar o ar das fábricas. 
 Esse efeito é hoje conhecido como “arrefecimento
evaporativo”.
Em 1928
 Thomas Midglev Jr. criou o Freon para substituir os gases dos
 condicionadores que eram tóxicos ou inflamáveis como a amônia, 
 clorometano e o propano que em caso de vazamento poderiam causar 
 acidentes fatais. O Freon é uma marca comercial pertencente a Dupont e
 se aplica a qualquer refrigerante dos tipos clorofluorcarboneto (CFC),
 CFC hidrogenado (HCFC) ou hidrofluorcarboneto (HFC).
História e desenvolvimento do Ar Condicionado
Curso : 841 - Engenharia Mecânica
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Revisão de 
TERMODINÂMICA
(Instalações de Ar Condicionado - 
Helio Creder)
Obs.: a Termodinâmica é uma Ciência experimental de onde se 
 deduziram fórmulas Matemáticas para explicar os fenômenos obtidos
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
 Massa, Força e Peso
Os conceitos de massa e peso são muitas vezes confundidos, 
contudo são grandezas físicas distintas.
A massa pode ser definida como a quantidade de matéria que
 constitui um corpo. 
A velocidade, no Sistema SI, é expressa em m/s e a aceleração em 
m/s², ou seja, a velocidade da velocidade. 
A massa padrão internacionalmente aceita é o quilograma, cujo 
protótipo é o bloco de platina iridiada conservado na cidade de 
Sevres, França.
A aceleração é definida como a variação da velocidade na unidade 
de tempo.
A força é definida como a grandeza capaz de imprimir uma 
aceleração a uma dada massa. 
A 2ª lei do movimento de Newton inter-relaciona essas grandezas 
 pela seguinte expressão:
 F= m . a
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
No Sistema SI, podemos dizer que a unidade de força é capaz de 
imprimir à unidade de massa, kg, uma aceleração de 1 m/segundo 
por segundo.
Essa unidade de força é o newton (N) ou N = kg·m/s².
O peso de um corpo é uma força dita gravitacional, pois tende a
 dirigir esse corpo para o centro da Terra.
Portanto, em qualquer ponto da superfície da Terra, o peso é praticamente
 o mesmo, variando em apenas 0,5%. 
Fora da superfície do nosso planeta, o peso poderá sofrer grandes 
variações, chegando mesmo a se anular a grandes altitudes (= 380 X 106 m), 
como vemos nas naves espaciais.
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Pressão
A pressão é definida pela física clássica como força atuando por unidade de área. 
Se a força atua sobre um fluido homogêneo e estacionário, a pressão é uniforme ao longo de todo o fluido, se for desprezada a força da gravidade que atua no fluido. A mesma pressão é exercida sobre as paredes que contêm o fluido.
No Sistema SI, a pressão é definida por: P = F / A = N / m² = 1 pascal ou 1 Pa
 .'. 1 Pa = 1 kg / ms²
Em termodinâmica só se considera a pressão absoluta, isto é, a pressão medida pelo manômetro acrescida da pressão atmosférica ou dela diminuída, no caso de vácuo.
A medida da pressão atmosférica pode ser feita através do barômetro de Torricelli (1643), que consiste no seguinte (Fig. 1.3): 
mergulha-se em uma cuba contendo mercúrio um tubo de vidro, aberto em uma das extremida­des e cheio também de mercúrio. 
A coluna de mercúrio se fixará em h = 760 mm de altura desde que a tempera­tura seja de o ºC e a aceleração da gravidade local seja g = 9,80665 m/s² 
 (ao nível do mar e latitude 45º N).
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
1 atm = 760 mm de Hg ou 13.596 kg/m³ x 9,80665 m/s² x 0,76 m = 101.325 kg/m³ 
			 1.013 x 105 Pa
Então :
Se, em vez de mercúrio, tivéssemos um tubo cheio d'água, a coluna d'água subiria para uma altura de 10,33 m, pelo fato de o peso específico da água ser de 103 kg/m³, ou seja:
		1.000 kg/m³ x 9,81 m/s² x 10,33 m = 1,013 X 105 Pa
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
ou, resumindo:
1 N/m2 = 1 Pa
105 Pa = 10² kPa = 1 bar
103 Pa = 1 kPa
106 = 1Mpa = 10 bar
101.325 Pa= 1 atm  10,33 m col. dágua
“O ignorante afirma, o sábio duvida, o sensato reflete.”
Aristóteles
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Outros tipos de medidores de pressão são os manômetros, que podem ser 
construídos de um tubo em "U", conforme se vê na Fig. 1.4, também cheio de 
mercúrio numa extremidade e na outra ligado ao fluido cuja pressão se deseja 
medir.
A força exercida pelo fluido é equilibrada
 pelo peso da coluna de mercúrio:
 F =  x V =  x A x Z
Então a pressão P será:
P =  x Z
onde:
P = pressão em Pa;
 = peso específico em N/m3;
Z = diferença de altura da coluna de 
	mercúrio em m.
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Quando a pressão do fluido a ser medida é positiva, soma-se a pressão
 atmosférica para se ter a pressão absoluta; quando é negativa (vácuo), 
diminui-se da pressão atmosférica (Fig. 1.5).
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Exemplo 1.3:
O vácuo medido no evaporador de um sistema de refrigeração é de 200 
mm de mercúrio. Determinar a pres­são absoluta em pascal, para uma 
pressão barométrica de 750 mm de Hg.
como N = kg.m/s²   = 133.376,76 N / m³
Solução:
Desprezando a temperatura do mercúrio, consideremos a sua densidade a 
O°C:
 
		 = 13.596 kg/m³ (Peso específico do Hg)
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como para o vácuo : Z = Pabs = 750 -200 = 550 mm de Hg ou 0,55 mm de Hg
em atmosferas :
1 atm = 101.305 Pa
então P = 73.357,2 / 101.325 = 0,723 atm
aplicando em P =  . Z :
P = 133.376,76 N/m³ x 0,55 m = 73.357,2 N / m² = 73.357,2 Pa
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Temperatura
O sentido do tato constitui a maneira mais simples de se distinguir se um
 corpo é mais quente ou mais frio.
Temos um "sentido de temperatura" capaz de nos dizer que o corpo A está
 mais quente que B, o corpo B está mais quente que C etc. 
Esse sentido, todavia, é muito subjetivo e depende da referência, o que pode 
induzir a erros grosseiros. 
Se mergulharmos uma das mãos em água quente e a outra em água fria e 
depois segurarmos um corpo menos aquecido com a mão que estava na 
água fria, esse corpo parecerá muito mais quente do que com a mão que 
estava na água quente, pois os referenciais de temperatura são diferentes.
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Agora imaginemos um objeto A que parece frio em contato com a mão e 
outro objeto B, idêntico, que nos parece quente. 
Coloquemos os dois em contato um com o outro e no fim de algum tempo 
reparamos que os dois dão a mesma sensação de temperatura; estão em 
equilíbrio térmico. 
A fim de tomar a nossa experiência mais precisa, usemos um terceiro 
objeto C, por exemplo, um termômetro. 
Coloquemos o termômetro em contato com o objeto A, lendo a temperatura 
registrada. 
Depois o coloquemos em contato com o objeto B e verificamos que 
 foi registrada a mesma temperatura. Isso permite enunciar a "lei zero" da
 termodinâmica: 
"Quando dois corpos A e B estão em equilíbrio térmico com um terceiro 
corpo C, eles estão em equilíbrio térmico entre si."
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Então pode-se dizer que a temperatura, que é uma grandeza escalar, 
é uma variável termodinâmica. 
Se dois sistemas estão em equilíbrio termodinâmico, pode-se afirmar que 
as suas temperaturas são iguais.
Há diversas grandezas físicas que podem ser usadas como medida de 
temperatura, entre elas o volume de um líquido, o comprimento de uma
 barra, a resistência elétrica de um fio etc. 
Qualquer dessas grande­zas pode ser usada para se fabricar um 
termômetro e, de acordo com a grandeza escolhida, a propriedade 
 térmica mais adequada. 
Assim podemos usar o mercúrio para baixas temperaturas, pois este 
elemento tem a propriedade de se dilatar proporcionalmente à quantidade 
de calor recebida. 
Para temperaturas elevadas, pode-se usar um par termoelétrico ou a 
dilatação de uma barra.
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Curso
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Portanto houve necessidade de se tomar uma referência, o mesmo ponto fixo
 para todas as escalas termométricas, ou seja, todos os termômetros devem 
fornecer a mesma temperatura T. 
Esse ponto fixo foi escolhido a partir da água, ou seja, um ponto em que o 
gelo, a água líquida e o vapor d'água coexistam em equilíbrio: é o "ponto 
triplo" da água. 
Esse ponto triplo da água só pode ser conseguido para uma mesma 
pressão; a pressão do vapor d'água no ponto triplo é de 4,58 mm de mercúrio. 
A temperatura desse ponto fixo foi estabelecida como padrão, ou seja, 273,16 
graus Kelvin e mais tarde simplificada como Kelvin (K).
Então temos a definição de Kelvin: "Kelvin, unidade de temperatura 
termodinâmica, é a fração 1/273,16 da temperatura do ponto triplo da água."
Essa unidade foi adotada na 10ª Conferência Geral de Pesos e Medidas (1954), 
em Paris.
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Como comparação tomemos algumas temperaturas em Kelvin, para vários
 corpos e fenômenos, extraídas da publicação 
Scientific American de setembro de 1954:
O sábio nunca diz tudo o que pensa, mas pensa sempre tudo o que diz.
Aristóteles
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Escalas termométricas
As duas escalas termométricas usuais são a centígrada, inventada em
 1742 pelo sueco Celsius, e a Fahre­nheit, definida a partir da escala Kelvin,
 que é a escala científica fundamental.
Na escala Celsius, a temperatura t é obtida pela equação:
T = t + 273,16
T = temperatura Kelvin (K)
t = temperatura Celsius em graus centígrados (ºC)
Na escala Fahrenheit, usada pelos países de língua inglesa (exceto a Grã-Bretanha), a relação para a escala centígrada é a seguinte:
TF = temperatura em ºF 
tc= temperatura em ºC
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A equivalência entre as
 escalas Kelvin, 
centígrada e Fahrenheit 
pode ser compreendida 
na Fig. 1.6. 
Nessa figura vemos que 
o ponto tríplice da água 
é igual a 273,16 K, por 
definição. 
Experimentalmente verifica-se que o gelo e a água saturada com o ar 
estão em equilíbrio a 0,00°C e a temperatura de equilíbrio entre a água 
e o vapor dágua, à pressão de 1 atm, denominado ponto de vapor, é 
de 100°C.
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
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Outras propriedades termodinâmicas
Outras propriedades termodinâmicas cujos conceitos são também 
importantes para a definição de certos fenômenos.
1 - Volume específico é definido como volume por unidade de massa:
				v = V / m			
onde:
v = volume específico; 
V = volume total;
m = massa.
Em unidades SI : 	v em m³ / kg
			V em m³
			m em kg
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2 - Densidade é definida como massa por unidade de volume:
Em unidades SI:

= m / V  v = V / m  

= 1 / v

em kg / m³
3 - Peso específico é definido como o peso por unidade de volume:
Em unidades SI:
= P / V
em kg / m³ (P em kg  peso)
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
 Calor
Já vimos que, se colocarmos dois corpos de diferentes temperaturas em 
contato, o corpo mais quente diminui a sua temperatura e o corpo mais 
frio a aumenta, havendo uma temperatura de equilíbrio tér­mico (lei zero).
Até o início do século XIX, havia entre os cientistas o conceito de que 
uma substância, o "calórico", passava do corpo mais quente para o 
corpo mais frio. 
Esse conceito satisfazia as experiências da época, mas não sobreviveu 
às experiências mais avançadas, ficando plenamente aceito pela ciência 
que não existe uma substância e sim uma "energia" que se transmite do 
corpo mais quente para o corpo mais frio, por diferença de temperatura. 
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Essa energia, que é aceita como “calor”, não se transmite apenas entre os dois corpos, mas também às vizinhanças. 
Esses fenômenos passaram despercebidos pelos cientistas mais antigos, inclusive Galileu e Newton, e só por volta de 1830 o francês Sadi Carnot (1796-1832) revelou o "princípio da conservação de energia", desenvolvido mais tarde por Mayer (1814-1878), Joule (1818-1889), Helmholtz (1821-1894) e outros.
Joule demonstrou experimentalmente que há uma equivalência entre trabalho mecânico e calor, como duas formas de energia, e Helmholtz generalizou que não só o calor e a energia mecânica são equivalentes, mas todas as formas de energia são equivalentes e que nenhuma delas pode desaparecer sem que igual energia apareça sob outra forma em algum lugar.
“A grandeza não consiste em receber honras, mas em merecê-las.”
Aristóteles
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Joule fez uma montagem experimental para medir o equivalente mecânico do calor. 
Essa montagem (Fig. 1.7) constou de dois pesos que transmitiam a sua energia mecânica a um tambor fixo e um eixo com palhetas, imersas em água com massa m. 
Num ciclo de operações, Joule observou que havia uma elevação t de tempe­ratura da água, a mesma elevação como se transferíssemos energia, sob a forma de calor, ao sistema. 
Essa ele­vação de temperatura, multiplicada pela massa m e pelo calor específico, dará a quantidade de calor incorpora­da ao sistema:
				Q = m.c.t
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Medindo a energia mecânica e a elevação de temperatura, conclui-se que :
		1 kcal = 4.186 joules ou 1 kcal = 4,186 kJ 
ou seja, 
4.186 joules de energia mecânica inteiramente convertida em energia calorífica gerarão 1 kcal, isto é, aumentarão a temperatura de 1 quilograma de água de 14,5 ºC para 15,5 ºC.
Em unidades do sistema inglês, temos
		1 BTU = 252 cal = 777,9 libras-pés 
No Sistema SI, a unidade de energia é o joule:
	 J = 1 N x m = 1 kg m² / s²
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Curso : 841 - Engenharia Mecânica
Assim temos a definição de quilocaloria: 
"Quilocaloria é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 quilograma de água de 14,5°C para 15,5°C."
Resumindo:
1 kcal = 1.000 cal = 3,968 BTU = 4,186 joules
Em unidades do sistema inglês, pode ser definida do seguinte modo: 
 1 BTU ( British Thermal Unit = unidade térmica britânica) é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 Iibra-massa de água de 63°F para 64°F