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LUCIENE PAVANELLO GONÇALVES 
 CONDICIONAMENTO DE AR E SUA 
EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA 
Trabalho de Conclusão de Curso 
apresentado à Universidade 
Anhembi Morumbi no âmbito do 
Curso de Engenharia Civil com 
ênfase Ambiental. 
SÃO PAULO 
2005 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LUCIENE PAVANELLO GONÇALVES 
CONDICIONAMENTO DE AR E SUA 
EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA 
 
Trabalho de Conclusão de Curso 
apresentado à Universidade 
Anhembi Morumbi no âmbito do 
Curso de Engenharia Civil com 
ênfase Ambiental. 
 
Orientador: 
Prof. Dr. José Rodolfo Scarati 
Martins 
SÃO PAULO 
2005 
 
 
iii
RESUMO 
 
 
O conceito da máquina base do ar condicionado pouco evoluiu desde a invenção, 
compreendendo compressor, condensador e evaporador. Com a crescente 
preocupação com o meio ambiente, faz-se necessário o desenvolvimento de 
técnicas menos agressivas e mais econômicas, para que haja otimização tanto de 
recursos naturais como financeiros. 
Visando deslumbrar as evoluções tecnológicas do sistema de condicionamento de 
ar, desde seus conceitos fundamentais (mecanismo de transferência de calor, 
convecção, evaporação e radiação) até sua eficiência energética e sistêmica, 
juntamente com seu progresso técnico. 
A constatação através de comparação de dois sistemas de condicionamento de ar, 
entre o sistema convencional e o sistema Forro (Teto) Radiante, mostrou que 
mesmo adotando soluções alternativas, a minimização dos impactos e redução de 
recursos naturais e financeiros foram obtidos com êxito. 
 
 
Palavras Chave: Ar Condicionado; Evolução Tecnológica 
 
 
 
 
 
 
iv
ABSTRACT 
 
 
The concept of the conditional air machine was a little evolved since the invention, 
including compressing, condensing and evaporator. With an increasing concern 
about the environment, the development of less aggressive and more economic 
techniques becomes necessary, so that it has to optimise natural resources and 
financial. Aiming to regard the technological evolutions of conditioning air system, 
since it's basic concepts (mechanism of heat transference, convection, evaporation 
and radiation) until it's energy and efficiency, combined with its technical progress. 
The evidence through comparison of two conditioning air systems, the conventional 
system and the Lining (Ceiling) Radiating system, showed that even adopting 
alternative solutions, the decrease in impacts and reduction of natural and financial 
resources had been successfully achieved. 
 
 
Key Worlds: technological evolutions; conditioning air systems 
 
 
 
 
 
v
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
 
Figura 5.1: Transmissão por condução – Bryant (2001). ..........................................29 
Figura 5.2: Transmissão por convecção – Bryant (2001). .........................................30 
Figura 5.3: Transmissão por radiação – Bryant (2001). ............................................30 
Figura 5.4: Ciclo de refrigeração por compressão de vapor – Bryant (2001). ...........31 
Figura 5.5: Princípio geral (sistema de refrigeração por absorção) – Bryant (2001). 34 
Figura 5.6: Comparação entre os ciclos – Bryant (2001). .........................................34 
Figura 5.7: Processo de Compressão X Expansão de Gás – Alberico (2003). .........38 
Figura 5.8: Diagrama de aparelho de janela – Bryant (2001)....................................39 
Figura 5.9: Diagrama esquemático de um split – Bryant (2001)................................40 
Figura 5.10: Sistema de Expansão Direta - tipo Self Contained – Alberico (2003). ..42 
Figura 5.11: Central de Água Gelada – Alberico (2003)............................................43 
Figura 5.12: Termoacumulação – Alberico (2003). ...................................................45 
Figura 5.13: Fluxograma de Água Gelada – Bryant (2001). ......................................48 
Figura 5.14: Compressor Alternativo – Bryant (2001). ..............................................52 
Figura 5.15: Compressor parafuso – Bryant (2001). .................................................52 
Figura 5.16: Compressor de palheta de duas palhetas – Bryant (2001). ..................53 
Figura 5.17: Compressor scroll – Bryant (2001)........................................................53 
Figura 5.18: Resfriador de líquido com compressor centrífugo – Bryant (2001). ......54 
Figura 5.19: Esquema de condensadores – Bryant (2001). ......................................55 
Figura 5.20: Tipos de evaporadores – Bryant (2001). ...............................................55 
Figura 5.21: Dispositivos de expansão – Bryant (2001). ...........................................56 
Figura 5.22: Consumo final de energia elétrica por setor – Bryant (2001). ...............64 
Figura 5.23: Taxas de consumo elétrico no ano de 1988 – Bryant (2001). ..............65 
Figura 5.24: Taxas de consumo elétrico (expansão direta) – Bryant (2001). ............66 
Figura 5.25: Desempenho de diversos compressores – Bryant (2001).....................67 
Figura 5.26: Operação de um Tanque de Termoacumulação – Bryant (2001). ........69 
Figura 6.1: Consumo de energia para diferentes sistema de ar - Alberico (2005). ...82 
Figura 6.2: Componentes do sistema - Alberico (2005). ..........................................83 
Figura 6.3: Instalação do Sistema Forro (Teto) Radiante - Alberico (2005). .............84 
Figura 6.4: Estratégias de controle - Alberico (2005). ...............................................85 
 
 
vi
Figura 6.5: Sistemas de controle - Alberico (2005). ..................................................86 
Figura 6.6: Central Produtora de Frio - Alberico (2005). ...........................................88 
Figura 6.7: Representação das salas - Alberico (2005). ...........................................88 
Figura 6.8: Comparativo dos sistemas - Alberico (2005)...........................................89 
Figura 6.9: Reaproveitamento da água de desumidificação - Alberico (2005). .........92 
Figura 6.10: Elevação do pé direito - Alberico (2005). ..............................................93 
Figura 6.11: Áreas destinadas à Casa de Máquinas - Alberico (2005). ....................94 
Figura 6.12: Instalação dos fancoil´s sobre forro rebaixado - Alberico (2005). .........95 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
vii
LISTA DE TABELAS 
 
 
Tabela 1.1: Distribuição das variáveis referentes ao desconforto ambiental.............15 
Tabela 1.2: Cronologia da Idade Moderna. ...............................................................17 
Tabela 1.3: Cronologia da refrigeração mecanizada.................................................18 
Tabela 1.4: Cronologia do início do ar condicionado.................................................18 
Tabela 1.5: Desenvolvimento dos Equipamentos de Refrigeração. ..........................19 
Tabela 5.1: Possibilidades de aplicação dos diversos compressores. ......................45 
Tabela 5.2: Determinação do protocolo de Montreal.................................................50 
Tabela 5.3: Comparativo de aplicação dos diversos compressores..........................54 
Tabela 5.4: Possibilidades de aplicação dos diversos compressores. ......................56 
Tabela 5.5: Condições internas de conforto para residências e escritórios. .............58 
Tabela 5.6: Sintomas de ocupantes de “Edifícios Doentes”. .....................................73 
Tabela 5.7: Problemas correlacionados a Síndrome dos Edifícios Doentes. ............76 
Tabela 6.1: Benefícios Anuais...................................................................................96 
Tabela 6.2: Benefícios Imediatos..............................................................................97 
 
 
 
viii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas 
CFC Clorofluorcarbonetos 
HCFC Hidroclorofluorcarbono 
HFC Hidro-flúor-carbono 
KW / TR Relação do consumo de energia com a produção de frio. 
Btu/hora Potência é medida pela unidade inglesa British Thermal Unit . 
 
 
 
 
ix
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO...................................................................................................13 
1.1 Conforto Térmico .......................................................................................................14 
1.2 História e Objetivo da Indústria de Refrigeração ...................................................15 
1.3 Cronologia – Início da Termodinâmica....................................................................16 
1.3.1 Antigüidade ..........................................................................................................17 
1.3.2 Idade Moderna......................................................................................................17 
1.3.3 Início da refrigeração mecanizada........................................................................17 
1.3.4 Início do ar condicionado .....................................................................................18 
1.3.5 Desenvolvimentos dos Equipamentos ..................................................................19 
1.3.6 Histórico dos Refrigerantes ..................................................................................19 
1.4 O condicionamento de Ar ..........................................................................................21 
2 OBJETIVOS.......................................................................................................23 
2.1 Objetivo Geral ............................................................................................................23 
2.2 Objetivo Específico.....................................................................................................23 
3 METODOLOGIA DO TRABALHO.....................................................................24 
4 JUSTIFICATIVA ................................................................................................25 
5 CONDICIONAMENTO DO AR...........................................................................26 
5.1 Conceitos Básicos........................................................................................................26 
5.1.1 Calor .....................................................................................................................26 
5.1.2 Conservação de Energia .......................................................................................27 
5.1.3 Estados da Matéria ...............................................................................................27 
5.1.4 Temperatura..........................................................................................................28 
5.1.5 Direção e Regime de Transmissão de Calor.........................................................28 
 
 
x
5.2 Métodos de Transmissão de Calor ............................................................................29 
5.2.1 Condução..............................................................................................................29 
5.2.2 Convecção ............................................................................................................29 
5.2.3 Radiação ...............................................................................................................30 
5.3 Sistemas de Refrigeração: Compressão de Vapor x Absorção...............................31 
5.3.1 Sistema de Compressão de Vapor ........................................................................31 
5.3.2 Sistema de Absorção ............................................................................................33 
5.4 Unidades Condicionadoras de Ar .............................................................................35 
5.5 Tipos de Condicionadores de Ar ...............................................................................37 
5.5.1 Expansão Direta....................................................................................................37 
5.5.2 Individual..............................................................................................................38 
5.5.3 Split.......................................................................................................................39 
5.5.4 As vantagens da utilização de Splits em ambientes pequenos..............................40 
5.5.5 Package ................................................................................................................41 
5.5.6 Expansão Indireta - (Água Gelada) ......................................................................43 
5.5.7 Termoacumulação ................................................................................................44 
5.5.8 Sistemas de Grande Porte .....................................................................................46 
5.6 Calor sensível e calor latente ....................................................................................48 
5.7 Fluido refrigerante .....................................................................................................49 
5.8 Componentes do Sistema de refrigeração por Compressão à vapor .....................50 
5.9 Carga Térmica ............................................................................................................57 
5.10 Ganhos de calor através do “Envelope”...............................................................58 
5.10.1 Ganhos por insolação nos vidros ..........................................................................58 
5.10.2 Ganhos por transmissão em paredes externas e tetos ...........................................59 
5.10.3 Ganhos diversos por transmissão de calor............................................................60 
5.10.4 Fator de diversificação..........................................................................................61 
5.11 Eficiência Energética..............................................................................................62 
5.11.1 A energia no país ..................................................................................................62 
 
 
xi
5.11.2 Impactos da Energia sobre o meio ambiente ........................................................62 
5.11.3 Eficiência Energética e Progresso Técnico ..........................................................63 
5.11.4 Principais Consumidores de energia.....................................................................63 
5.11.5 O consumo de energia nos sistemas de ar condicionado......................................65 
5.11.6 O Consumo de Energia nos Sistemas de Expansão Direta...................................66 
5.11.7 O Consumo de energia nos Sistemas de Expansão Indireta.................................66 
5.12 Alternativas para a Racionalização do Consumo de Energia ............................67 
5.12.1 Termoacumulação de Água Gelada......................................................................68 
5.12.2 Central de Água Gelada com Unidades de Absorção...........................................70 
5.13 Qualidade do Ar Interior.......................................................................................71 
6 ESTUDO DE CASO...........................................................................................77 
6.1 Descrição da obra referente ao Estudo de Caso ......................................................77 
6.2 Sistemade Forro (Teto) Radiante.............................................................................80 
6.2.1 Diferentes aspectos do Forro (Teto) Radiante......................................................81 
6.2.2 Sistema de Controle..............................................................................................84 
6.3 Descrição dos conceitos utilizados e pontos relevantes entre os sistemas..............86 
6.3.1 Sistema Convencional ..........................................................................................86 
6.3.2 Sistema de Forro (teto) Radiante ..........................................................................87 
6.4 Comparativo sistêmico...............................................................................................88 
6.4.1 Reflexos Práticos ..................................................................................................89 
6.5 Outras soluções por Radiação ...................................................................................90 
6.5.1 Air Chilled Ceiling ...............................................................................................90 
6.5.2 Vigas Radiantes ....................................................................................................91 
6.6 Vantagens do Sistema Teto (Forro) Radiante na obra estudada ...........................91 
6.6.1 Aproveitamento da água de desumidificação dos Fancoils. ................................91 
6.6.2 Elevação do Pé Direito do Edifício. .....................................................................92 
6.6.3 Redução na Altura Total do Edifício....................................................................93 
6.6.4 Consumo de energia do sistema. ..........................................................................94 
 
 
xii
6.6.5 Área disponibilizada em área útil. ........................................................................94 
6.6.6 Redução do número de detectores de fumaça no Edifício....................................95 
6.6.7 Apresentação dos benefícios em Reais.................................................................96 
7 CONCLUSÕES..................................................................................................98 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................100 
 
 
 
 
 
13
1 INTRODUÇÃO 
 
 
Atualmente, especialmente nas grandes cidades, não é possível imaginar as 
atividades do dia-a-dia sem ar condicionado. Em escritórios, janelas abertas 
deixarão entrar a poluição ambientais, e a poluição sonora, entre outras, elas por si 
só são criadoras de qualidade do ar inadequado. 
 
Quando se pensa em condicionar um ambiente, geralmente leva-se em 
consideração uma melhoria ou controle de um processo industrial ou a manutenção 
do conforto humano. Em um sistema industrial, as condições a serem mantidas são 
estabelecidas pela natureza do processo, do material ou dos equipamentos a se 
condicionar. Em um sistema para conforto, entretanto, as condições são 
determinadas pelos requisitos do corpo humano. 
 
Para realizar estas funções básicas o sistema de condicionamento de ar deve ter 
condições de controlar, no local condicionado, as propriedades e parâmetros 
relacionados ao ar, tais como temperatura, umidade, nível de ruído e qualidade do ar 
interior. 
 
Em função da variedade de parâmetros ambientais que devem ser satisfeitos, 
necessita-se de equipamentos condicionadores de diversos tipos e capacidades. Se 
uma potência imprópria for utilizada as condições ambientais podem não ser 
satisfeitas, durante algumas horas do dia. Além disso, caso seja escolhido um tipo 
errado de equipamento corre-se o risco de nunca se conseguir os valores de 
projeto. O fator economia também deve ser considerado, pois a seleção de um tipo 
errado e/ou potência imprópria do equipamento causará um consumo de energia 
e/ou água excessivo além de avaliar incorretamente o custo de aquisição. 
 
O bom dimensionamento é primordial para a redução do consumo de energia / água, 
para cálculo da carga térmica, para a especificação correta dos equipamentos, para 
cálculo correto da rede de distribuição de ar aumentando a eficiência do sistema. 
 
 
 
14
1.1 Conforto Térmico 
 
 
O homem é um motor térmico, seu calor provém da queima dos alimentos nas 
células, entretanto, para manutenção do equilíbrio homeotérmico ele tem que jogar 
fora continuamente o calor, que é chamado de metabolismo, afirma Alberico (2003). 
Além do calor libera-se também umidade através da sudorese e da respiração. O 
conforto térmico é quando o organismo não sente dificuldade para eliminar o calor 
nestas condições o indivíduo não “sente” o meio e suas variáveis. 
 
As condições climáticas geralmente não interferem na temperatura limite interna do 
corpo humano que permanece constante, pois o homem é um ser homeotérmico e 
sua temperatura interna varia de 33º a 41º C. As alterações só irão ocorrer quando 
a temperatura do ambiente ultrapassa limites nos quais o organismo não consegue 
mais equilibrar a temperatura, quer seja baixa ou a alta temperatura. 
 
Quanto maior a atividade física, maior será o calor gerado por metabolismo. Por 
esse motivo, deve-se ter a preocupação de saber a função da arquitetura do 
ambiente a fim de prever o nível de atividade que será realizada em seu interior, 
para proporcionar a sensação de conforto às pessoas. 
 
Desta maneira pode-se verificar que a observação do conforto térmico dos 
ocupantes é de fundamental importância no projeto, e de forma a proporcionar 
aumento de produtividade das pessoas que ocupam o ambiente. 
 
Devido às diferenças de cada indivíduo, tais como a característica metabólica, a 
área superficial do corpo, quantidade de tecido adiposos (gordura), volume 
sangüíneo, além de outros tipos de variáveis tais como: vestimenta, tipo de atividade 
do indivíduo e outras, torna-se possível satisfazer toda a população de um local, em 
relação as condições térmicas ideais. Trabalhos apresentados por vários 
pesquisadores, relatam quantitativamente apresentados na Tabela 1.1. 
 
 
 
 
 
15
Tabela 1.1: Distribuição das variáveis referentes ao desconforto ambiental. 
Variável Nível de observação 
Temperatura 15,8 % 
Nível de iluminação 11,0% 
Tabaco 9,80 % 
Ruído 8,70% 
Perturbações de ruído 8,50% 
Refração de luz 7,90% 
Odores 7,50% 
Umidade 7,10% 
Poeira 6,70% 
Sombra 5,10% 
 Fonte: Alberico, 2003. 
 
Parece não haver nenhuma regra rígida que nos indique quais as melhores 
condições atmosféricas para o conforto de toda as pessoas, segundo Alberico 
(2003). O cliente que entra numa loja com ar condicionado vindo do calor forte da 
rua tem um bem-vindo sentido de alívio. O empregado ativo que tenha estado na 
loja durante várias horas poderá estar um pouco quente demais para sentir um 
conforto perfeito. As pessoas que dançam na pista de um restaurante sentem um 
certo calor enquanto os clientes sentados nas mesas estão confortáveis ou até com 
um pouco de frio. 
 
O conforto de um indivíduo é afetado por muitas variáveis. Saúde, idade, atividade, 
roupas, sexo, alimentação e aclimatação influem na determinação das “melhores 
condições de conforto” para uma pessoa especifica. O melhor que se pode fazer é 
selecionar essas condições sob as quais a maioria dos ocupantes de uma sala se 
sintam confortáveis. 
 
 
1.2 História e Objetivo da Indústria de Refrigeração 
 
 
A primeira patente de uma máquina de refrigeração mecânica, segundo Alberico 
 
 
16
(2003), foi inglesa e data de 1834. Seu princípio é semelhante ao dos sistemasde 
refrigeração mecânica atuais, e no seu texto de apresentação lê-se: “ um fluido 
volátil é usado para o propósito de produzir resfriamento ou congelamento de fluidos 
e ao mesmo tempo, condensar constantemente o fluido volátil repetindo a operação 
continuamente, sem perdas”. 
 
Na segunda metade do século XIX, os equipamentos de refrigeração mecânica 
utilizados eram volumosos, dispendiosos e não muito eficientes. Estes equipamentos 
eram também de natureza tal que requeriam a assistência permanente de um 
mecânico ou um engenheiro de operação. Isso limitava o uso da refrigeração a 
poucas aplicações de maior porte, tais como fábricas de gelo, indústrias de 
empacotamento de carne, grandes depósitos de armazenamento, etc. 
 
A partir de 1900, com a eletricidade chegando as residências e o desenvolvimento 
do motor elétrico, a refrigeração foi se tornando cada vez mais popular em todo o 
mundo e, no decorrer de apenas algumas décadas, tornou-se a indústria gigantesca 
e de rápida expansão que é atualmente. Este progresso explosivo esteve associado 
a outro fator: o desenvolvimento de processos seriados de fabricação industrial, que 
tornou possível produzir a custos competitivos, equipamentos cada vez mais 
eficientes. 
 
O aparecimento do motor elétrico e, posteriormente (na década de 30), o 
desenvolvimento de refrigerantes “seguros”, tornaram possível diminuir o tamanho 
das unidades de refrigeração, além de eliminar o risco de toxidade e/ ou explosão 
dos antigos refrigerantes. Estes fatores conduziram a larga expansão do uso de 
sistemas de refrigeração, atualmente tão usadas em aplicações tais como 
refrigeradores e congeladores domésticos, pequenos aparelhos de ar condicionado, 
instalações comerciais e industriais. 
 
 
1.3 Cronologia – Início da Termodinâmica 
 
 
Alberico (2003), estudou a cronologia da termodinâmica desde a antigüidade, e 
 
 
17
demonstrou a sua evolução, conforme segue. 
 
 
1.3.1 Antigüidade 
 
 
Fogo – utilizado como proteção , iluminação e preparação dos alimentos. 
Romanos – utilizado na ventilação e aquecimento por painéis aquecidos. 
 
 
1.3.2 Idade Moderna 
 
 
A Tabela 1.2 demonstra a evolução da cronologia ao longo da idade moderna. 
 
Tabela 1.2: Cronologia da Idade Moderna. 
Ano Acontecimento 
1659 Robert Boyle – Lei dos gases perfeitos 
Século XV Leonardo da Vinci - inventou o ventilador 
Século XVIII As soluções aquosas já eram conhecidas 
1748 William Cullen e Joseph Black descobriram o calor latente 
1770 James Watt – Primeiro sistema de aquecimento a vapor 
1775 William Cullen – Fabricou gelo de forma artificial por vácuo 
1785 Benjamim Franklin – norma de construção, instalação e operação 
de locais para queima de combustível sólido 
1800 Johns Dalton – A pressão total é o resultado da soma das pressões 
parciais 
 Fonte: Alberico, 2003. 
 
 
1.3.3 Início da refrigeração mecanizada 
 
 
A Tabela 1.3 demonstra o início da refrigeração mecanizada. 
 
 
18
Tabela 1.3: Cronologia da refrigeração mecanizada. 
Ano Acontecimento 
1851 John Gorrie – máquina de refrigeração para a produção de gelo a 
partir de um ciclo aberto de ar 
1851 Ferdinand Carré – primeira unidade de absorção com amônia para 
a fabricação de gelo 
1853 Alexandre Twinning - produziu 800 kg de gelo por dia em uma 
bomba de duplo efeito com Éter Sulfúrico como refrigerante 
1872 David Boyle – desenvolveu uma máquina por ciclo de compressão 
e amônia como refrigerante 
1880 A refrigeração era usada na conservação de alimentos e controlar a 
fermentação da cerveja e do vinho 
1880 O resfriamento do ar era feito por cestas cheias de gelo 
 Fonte: Alberico, 2003. 
 
 
1.3.4 Início do ar condicionado 
 
 
A Tabela 1.4 demonstra o início do ar condicionado. 
 
Tabela 1.4: Cronologia do início do ar condicionado. 
Ano Acontecimento 
1902 Willis Carrier – Desenvolveu as fórmulas para a seleção e 
aplicação de ventiladores usados em caldeiras 
1902 Willis Carrier – O primeiro projeto de aquecimento, refrigeração, 
desumidificação e umidificação de uma gráfica. 
1904 Willis Carrier – A construção de lavadores de ar para a partir do 
controle ponto de orvalho refrigerar e umidificar. 
1911 Willis Carrier – apresentava: temperatura de bulbo seco, ponto de 
orvalho, e temperatura de bulbo úmido, calor latente e sensível. 
Fonte: Alberico, 2003. 
 
 
 
 
 
19
1.3.5 Desenvolvimentos dos Equipamentos 
 
 
A Tabela 1.5 demonstra o desenvolvimento dos equipamentos de refrigeração. 
 
Tabela 1.5: Desenvolvimento dos Equipamentos de Refrigeração. 
Ano Acontecimento 
1920 General Eletric – O primeiro refrigerador doméstico fabricado com 
sucesso. Usava como refrigerante o dióxido de enxofre. 
1922 Willis Carrier – desenvolve o refrigerador de água com compressor 
centrífugo 
1926 Sistema de aquecimento por circulação natural da água 
1927 Sistema de aquecimento por circulação forçada da água 
1929 A Frigidaire desenvolveu o primeiro equipamento de ar 
condicionado compacto 
1930 Thomas Midgley – desenvolvimento das unidades de absorção com 
brometo de lítio 
1931 Servel – Desenvolvimento das unidades de absorção com brometo 
de lítio 
1931 Willis Carrier – Desenvolveu o sistema de ar condicionado para 
vagões ferroviários por ejetor de vapor 
1935 Walter Jones – Introduziu os tubos aletados em trocadores casco e 
tubos 
Fonte: Alberico, 2003. 
 
 
1.3.6 Histórico dos Refrigerantes 
 
 
Os refrigerantes são substituídos ao longo do tempo em função de estabilidade, 
compatibilidade com outros materiais, relação KW / TR e toxidade. 
 
As definições das unidades de medidas a seguir pode ser encontradas em diversas 
publicações, uma destas (Arcoweb, 2005) define que “KW / TR é a relação consumo 
 
 
20
de energia e produção de frio. Btu / h significa unidade térmica britânica por hora. É 
a unidade mais utilizada no Brasil para se definir a capacidade térmica de um 
equipamento. 12.000 BTU/h = 1 TR. Watt (W) é potência desenvolvida quando se 
realiza contínua e uniformemente um trabalho igual a 1 joule em cada segundo. O 
quilograma força metro por segundo (kgf m/s) não é muito usado, mas define o 
cavalo vapor (cv), ou seja, 1 cv = 75 kgf m/s. Assim 1 cv = 735,55 W. O cavalo vapor 
é usado para indicar potência de motores mas deveria ser evitado. Melhor usar watt 
e seus múltiplos. O inglês horse power (HP) eqüivale a 745,7 W. Outro desvio ocorre 
na especificação de potência térmica para equipamentos de refrigeração e carga 
térmica. São comuns o Btu por hora (Btu/h = 0,293 W) e a tonelada de refrigeração 
(TR = 12000 Btu/h). Esta última eqüivale à potência térmica necessária para fundir 
uma tonelada de gelo em 24 horas (mas atenção: a tonelada se refere à tonelada 
curta de lá, equivalente a 2000 libras).” 
 
Século XIX até 1930 – Uso de refrigerantes inorgânicos: 
- R - 717 – amônia – NH3 em uso até hoje em dia 
- R –764 – dióxido de enxofre – SO2 
- R – 30 – cloreto de metila 
 
De 1930 a 1991 – uso dos refrigerantes halogenados CFC e HCFC: 
- R – 11 – CFC – Triclorofluormetano – CCl3F 
- R – 12 – CFC - Diclorodifluormetano – CCl2F2 
- R – 22 – HCFC – Monoclorodifluormetano – CHClF2 
- R – 115 – CFC – Monocloropentafluoretano – CClF2CF3 
- R – 502 – mistura azeotrópica – 48,8% R-22 + 51,2% R-115 
 
De 1996 em diante – transição dos HCFC e uso dos HFC: 
- HCFC – Hidro-cloro-fluor-carbono 
- R – 22 – Monoclorodifluormetano – CHClF2 – uso até 2030 
- R – 123 – Diclorotrifluoretano – CHCl2CF3 – uso até 2040 
- HFC – Hidro-fluor-carbono 
- R – 32 – Difluormetano – CH2F2 
- R – 125 – Pentaflouretano – CHF2CF3 
- R – 134a – Tetrafluoretano – CH2FCF321
- R – 407c – mistura de 23% R-32 + 25% R-125 + 53% R-134 a 
- Inorgânicos 
 - R – 117 – Amônia – NH3 
 - R – 600 a – Isobutano – Dimetilpropano – CH(CH3) 3 
 
De 1930 a 1980 – controles eletromecânicos e pneumáticos: 
- É necessário acompanhamento humano 
- É necessário ajustes freqüentes 
- É difícil identificar as panes, quando, onde e como ocorreu 
- A partir de 1980: 
 - controles eletrônicos e micro-processados 
 - Auto-gerênciamento evitando a parada da unidade 
 - Registro das panes com detalhes com detalhes 
 - Monitoração remota 
 
 
1.4 O condicionamento de Ar 
 
 
Como o nome sugere, o condicionamento de ar diz respeito ao tratamento do ar 
ambiental, controlando não só sua temperatura, mas também sua umidade, pureza e 
movimentação, relata Bryant (2001). 
 
As aplicações de condicionamento de ar são basicamente de dois tipos: industrial e 
de conforto humano, de acordo com seu principal objetivo. As instalações típicas de 
condicionamento de ar de conforto encontram-se em residências, escolas, 
escritórios, igrejas, hotéis, supermercados, edifícios, ônibus, etc. 
 
Nestes casos, em geral, dispensa-se o controle rígido da umidade relativa do ar, que 
tornaria o sistema mais caro e de custo operacional mais elevado, sem, entretanto 
comprometer o conforto, visto que o ser humano é relativamente tolerante as 
variações de umidade relativa, afirma Bryant (2001). É importante ressaltar que, 
embora, a umidade não seja especificamente controlada, o sistema de 
 
 
22
condicionamento de ar é projetado visando manter uma faixa de operação que é a 
de maior aceitação da maioria dos usuários (ao redor de 50% de umidade relativa). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23
2 OBJETIVOS 
 
 
A seguir são descritos os principais objetivos a que este trabalho se propõem. 
 
 
2.1 Objetivo Geral 
 
 
Este trabalho tem por objetivo geral relatar o funcionamento básico do sistema de 
condicionamento de ar, como ele surgiu e o porque da dependência do mesmo nos 
dias atuais. Enfocando no texto, os impactos ambientais causados pelo sistema. 
 
 
2.2 Objetivo Específico 
 
 
Este trabalho tem por objetivo específico analisar a necessidade da utilização do 
condicionamento do ar em diversas áreas, mostrar alguns impactos causados pelos 
sistemas de condicionamento e como reduzi-los de maneira a ajudar o meio 
ambiente. Detalhando e comparando dois sistemas diferentes de condicionamento 
de ar. 
 
Apresentando uma proposta com uma evolução tecnológica, no qual se consegue 
mostrar uma economia monetária, soluções técnicas viáveis e um conceito menos 
impactante no meio ambiente, em relação ao sistema convencional. 
 
 
 
 
 
 
24
3 METODOLOGIA DO TRABALHO 
 
 
O presente trabalho tem por finalidade a exploração de conceitos teóricos 
relacionados com a termodinâmica no sistema de condicionamento do ar, desde seu 
surgimento até nos dias atuais. 
 
Fez-se a coleta criteriosa das bibliografias que deram base ao estudo, aplicando 
rigorosamente seus conceitos, normas e procedimentos que regem a Associação 
Brasileira de Norma Técnica – ABNT. 
 
Após esta etapa, deu-se o início ao desenvolvimento do trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
25
4 JUSTIFICATIVA 
 
 
Cada vez mais, a preocupação com o meio ambiente, faz-se presente nas nossas 
vidas e deveria ser uma constante nas soluções técnicas para a concepção dos 
projetos de engenharia. 
 
Quando se fala em meio ambiente, existem vários enfoques para medir a 
agressividade gerada perante à ele. Uma forma pouco discutida são os insumos 
empregados na fase de construção, mas sobretudo, aqueles consumidos durante à 
fase de utilização dos empreendimentos. 
 
Desta forma, para os prédios comerciais, objeto desse estudo, o sistema de 
condicionamento de ar é o principal consumidor individual, em edifícios de grande 
porte, de energia elétrica, correspondendo sozinho à algo em torno de 40% do 
consumo mensal de energia elétrica, bem como é também o maior consumidor de 
água, utilizada essa, nas torres de evaporação/resfriamento. 
 
Entretanto, as alternativas analisadas em um sistema de condicionamento de ar, 
possibilita que o edifício utilize de forma mais eficiente os recursos naturais, e 
consequentemente gere uma otimização no sistema, que levará a um projeto mais 
eficaz, buscando ser mais econômico e ecologicamente correto. 
 
 
 
 
 
 
26
5 CONDICIONAMENTO DO AR 
 
 
A premissa do condicionamento do ar é considerar que só condicionam espaços 
fechados, segundo Alberico (2003), e é o controle simultâneo da Pureza, Umidade, 
Temperatura e Movimentação do Ar. Como fazer o controle da: 
- Pureza: Recirculando o ar contido no ambiente por Sistemas de Filtragem 
- Movimentação do Ar: Selecionando corretamente os equipamentos, dutos e 
dispositivos por onde circula o ar em função de limites de velocidade evitando 
ruído, sensação de arraste e sensação de ar parado. 
- Temperatura e Umidade: Estas variáveis se manifestam na forma de calor. 
- Temperatura: Calor Sensível – sol, lâmpadas, computadores, pessoas (parcial). 
- Umidade: Calor Latente – evaporação das pessoas, banho “maria”, café quente. 
 
 
5.1 Conceitos Básicos 
 
 
Entende-se pelo condicionamento do ar transmissão de calor (de fora para dentro ou 
de dentro para fora dos ambientes fechados), afirma Alberico (2003). 
 
 
5.1.1 Calor 
 
 
Segundo Alberico (2003), calor é uma forma de energia. Isto se mostra evidente pelo 
fato de que o calor pode ser convertido em qualquer outra das formas de energia e 
que outras formas de energia podem ser convertidas em calor. 
 
Termodinamicamente, o calor é definido como energia em trânsito de um corpo para 
outro como resultado de uma diferença de temperatura entre dois corpos. Toda outra 
transmissão de energia ocorre como trabalho. 
 
 
 
27
5.1.2 Conservação de Energia 
 
 
Sempre que um objetivo forneça ou perca calor, outro objeto receberá o calor 
perdido. Não existe o fenômeno do calor deixar e desaparecer de um objetivo 
material, afirma Alberico (2003) em seu texto. Quando uma barra de ferro quente 
resfria ao ar, o ar à sua volta torna-se mais quente. Quando ar é resfriado por água 
fria circulando em um tubo, o calor perdido pelo ar reaparece na água de 
resfriamento com um aumento correspondente na temperatura da água. 
 
Desta forma, percebe-se que o calor não pode ser criado nem destruído. O calor 
nunca de perde. Sem exceção, o calor apenas pode se transferir de um objetivo 
para outro. Quando o ar é resfriado, uma certa quantidade de calor é transferida do 
ar para qualquer outra substancia a uma temperatura inferior. 
 
 
5.1.3 Estados da Matéria 
 
 
A matéria pode existir em três diferentes fases ou estados de agregação: sólido, 
liquido ou gasoso (vapor). Por exemplo, a água é um líquido, porém esta substância 
pode existir como gelo, que é um sólido, ou como vapor, que é um estado gasoso. 
 
Muitos materiais sob condições de pressão e temperatura apropriadas podem existir 
em qualquer e todas as formas físicas da matéria, segundo Alberico (2003). 
Demonstrar-se-à que a quantidade de energia apresentada pelas moléculas de 
material, determina não somente a temperatura do material, determina não somente 
a temperatura do material como também qual dos três estados físicos apresentará 
em um momento particular. Em outras palavras, a dição ou remoção de calor pode 
produzir uma mudançano estado físico do material, como também uma mudança de 
sua temperatura. 
 
É evidente que o calor pode produzir uma mudança no estado físico de um material, 
devido ao fato de que muitos matérias como os metais, fundem quando submetidos 
 
 
28
a forte aquecimento. Ainda segundo Alberico (2003), os fenômenos da fusão do gelo 
e da água fervente, são conhecidos por todos nós. Cada uma dessas mudanças de 
estado físico produz-se pela adição de calor. 
 
 
5.1.4 Temperatura 
 
 
A temperatura é uma propriedade da matéria, continua Alberico (2003) e é uma 
medida do nível da intensidade calorífica de pressão térmica de um corpo. Uma 
elevada temperatura indica um alto nível de pressão térmica, e diz-se que o corpo 
está quente. Da mesma forma, uma baixa temperatura indica um baixo nível de 
pressão térmica e diz-se que o corpo está frio. Foi já determinado que a temperatura 
é uma função da energia cinética interna e, como tal, é um índice da velocidade 
média molecular. 
 
 
5.1.5 Direção e Regime de Transmissão de Calor 
 
 
O calor passará de um corpo para outro quando e somente quando exista uma 
diferença de temperatura entre ambos os corpos, relata Bryant (2001). Quando um 
corpo está em equilíbrio térmico (i.e., à mesma temperatura) com o ambiente 
circulante, não haverá transferência de energia calorífica entre o corpo e o ambiente 
circudante. 
 
A transmissão de calor realiza-se sempre da região de maior temperatura para a 
região de menor temperatura (do corpo mais quente para o corpo mais frio) e nunca 
na direção oposta. Posto que o calor é energia e, consequentemente, não é 
destruído ou consumido em qualquer processo, a energia em forma de calor que 
deixa um corpo deverá passar e ser absorvida por outro corpo cuja temperatura seja 
menor que a do corpo que está cedendo a energia. A taxa ou regime de transmissão 
de calor é sempre proporcional à diferença de temperatura que causa a transmissão. 
 
 
 
29
5.2 Métodos de Transmissão de Calor 
 
 
Segundo Bryant (2001), a transmissão do calor ocorre de três formas: por condução, 
por convecção e por radiação. 
 
 
5.2.1 Condução 
 
 
A transmissão de calor por condução ocorre quando a energia se transmite por 
contato direto entre as moléculas de um corpo ou mais, em perfeito contato térmico. 
Em qualquer caso, as moléculas aquecidas comunicam sua energia às outras que 
se encontram imediatamente adjacentes, conforme Figura 5.1. 
 
A transmissão de energia por condução, é similar as bolas de mesa de bilhar, onde 
toda ou parte da energia de movimento de uma bola, é transmitida no momento do 
impacto às outras bolas. 
 
 
 
 
 Contato entre Corpo 
 Quente e Corpo Frio 
 
 
 
 
Figura 5.1: Transmissão por condução – Bryant (2001). 
 
5.2.2 Convecção 
 
A transmissão por convecção ocorre quando há fluxo de calor de um lugar para 
outro devido a correntes que se estabelecem no interior de um fluido, conforme 
 
 
30
Figura 5.2. Estas correntes são conhecidas como corrente de convecção resultantes 
da modificação da densidade produzida pela expansão da porção aquecida do 
fluido. 
 
 
 
 Movimentação de Gases a 
 diferentes temperaturas. 
 No caso o Fluido é Ar. 
 
 
Figura 5.2: Transmissão por convecção – Bryant (2001). 
 
 
5.2.3 Radiação 
 
 
A transmissão de calor por radiação apresenta-se na forma de um movimento de 
onda similar às ondas de luz, onde a energia é transmitida de um corpo para outro 
sem necessidade de intervenção da matéria, conforme Figura 5.3. A energia 
calorífica transmitida por movimento ondulatório denomina-se de energia radiante. 
 
 
 
 Propagação de Ondas 
 eletromagnéticas em Linha Reta 
 (do corpo quente para o corpo frio) 
 
 
 
Figura 5.3: Transmissão por radiação – Bryant (2001). 
 
 
 
 
31
5.3 Sistemas de Refrigeração: Compressão de Vapor x Absorção 
 
 
Para entender apropriadamente o ciclo de refrigeração, é necessária a compreensão 
de cada processo no ciclo, segundo Bryant (2001), e sua influência no mesmo. 
Qualquer mudança em qualquer um dos processos do ciclo, provocará mudanças 
em todos os demais processos. Apresentam-se a seguir as etapas dos ciclos de 
refrigeração. 
 
 
5.3.1 Sistema de Compressão de Vapor 
 
 
O sistema de refrigeração por compressão de vapor é o mais utilizado dos sistemas 
de refrigeração, afirma Bryant (2001). É constituido basicamente por um compressor, 
um condensador, um dispositivo de expansão e um evaporador, todos interligados, 
através dos quais circula um fluido de trabalho, conforme demosntrado na Figura 
5.4. 
 
Figura 5.4: Ciclo de refrigeração por compressão de vapor – Bryant (2001). 
 
CONDENSADOR
EVAPORADOR
COMPRESSORVÁLVULA DE
EXPANSÃO
Processo 1-2Processo 4-1Processo 3-4
Processo 2-3
 
 
32
O fluido de trabalho é um material que se transforma facilmente de gás para líquido 
e vice-versa, sob um grande intervalo de pressão e temperatura. 
 
A definição de fluido de trabalho pode ser encontrada em diversas publicações, uma 
delas (Arcoweb, 2005) define que “o fluido de trabalho se move através do ar 
condicionado em três componentes principais, o compressor, o condensador, e o 
evaporador em um ciclo contínuo. 
 
Por serem dotados de propriedades termodinâmicas que os tornam adequados à uti-
lização em sistemas de refrigeração, tais fluidos são frequentemente denominados 
de fluidos refrigerantes. 
 
O processo 1-2 corresponde à compressão do fluido de trabalho. Em um processo 
ideal de compressão, não existe troca de calor com o meio (compressão adiabática), 
nem irreversibilidades (atrito viscoso, atrito entre as partes sólidas móveis, etc.), e o 
fluido descreve um processo que segue uma linha de entropia específica constante. 
No compressor, o refrigerante sofre um aumento de temperatura e pressão através 
da linha de descarga, sendo lançado no condensador. 
 
No condensador, processo 2-3, o fluido refrigerante entra superaquecido e sai no 
estado de líquido saturado ou subresfriado. O calor latente de condensação do 
refrigerante é transferido através das paredes do condensador para um meio 
externo, podendo o fluido que recebe o calor rejeitado ser ar (sistemas de 
refrigeração com condensação a ar) ou água (sistemas de refrigeração com 
condensação a água). Em certos casos, o refrigerante líquido é armazenado no 
fundo do condensador, o qual passa a funcionar também como receptor, enquanto 
que em outros casos existe um tanque em separado para armazenar o refrigerante. 
 
No processo 3-4 é feita a expansão do fluido (processo de diminuição de pressão). 
O refrigerante escoa através da linha de líquido, atravessa um filtro e passa pelo 
dispositivo de expansão. Estando o refrigerante líquido à montante do dispositivo 
(usualmente uma válvula) geralmente na condição de saturação (ou ligeiramente 
subresfriado), a perda de pressão causa a evaporação de parte da massa líquida, de 
modo a ajustar seu volume específico às novas condições de pressão e 
 
 
33
temperatura. A evaporação de parte da massa líquida tem como única fonte de 
energia para a mudança de fase o calor proveniente do próprio fluxo, havendo então 
uma transferência adiabática (e isentálpica) na mistura bifásica (líquido e vapor). 
 
Ao entrar no evaporador (processo 4-1), o fluido refrigerante retira calor do meio 
refrigerado e se evapora, podendo estar levemente superaquecido à saída doequipamento (como segurança, para evitar a entrada de líquido no compressor). 
 
O meio resfriado pode ser ar (caso, por exemplo, de câmaras de refrigeração, 
condicionadores de ar domésticos, etc.) ou líquido (no caso de chillers, realiza-se o 
resfriamento intermediário do líquido, o qual será utilizado como meio de 
resfriamento final). 
 
A sucção do compressor extrai o vapor proveniente do evaporador através da linha 
de sucção (geralmente isolada termicamente), completando o ciclo. 
 
 
5.3.2 Sistema de Absorção 
 
 
Nos sistemas de refrigeração por absorção, ocorre a transferência de calor da região 
de baixa temperatura para a região de alta temperatura através de processos de 
absorção e dessorção do fluido refrigerante na fase vapor e de uma solução líquida 
(que é normalmente uma mistura binária composta pelo refrigerante, água ou 
amônia, e uma outra substância, por exemplo, um sal como o brometo de lítio). 
 
Durante o processo de absorção há transferência de calor para o meio ambiente e 
durante o processo de dessorção há fornecimento de calor para o ciclo (no gerador) 
a partir de uma fonte de calor a alta temperatura, segundo Bryant (2001). 
 
Os processos que compõem um ciclo de absorção estão indicados na Figura 5.5. 
 
 
 
 
 
34
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.5: Princípio geral (sistema de refrigeração por absorção) – Bryant (2001). 
 
Estes processos são caracterizados por trocas de calor (vaporização e 
condensação) e por trocas simultâneas de calor e massa (dessorção e absorção). 
São eles: vaporização do refrigerante no evaporador; absorção do refrigerante pela 
solução no absorvedor; separação (dessorção) do refrigerante no gerador; 
condensação do refrigerante no condensador; redução de pressão entre as 
pressões do condensador e evaporador; bombeamento da solução entre o 
absorvedor e gerador. 
 
Na Figura 5.6, o lado direito representa o ciclo de compressão e o lado esquerdo o 
ciclo de absorção, sendo que o evaporador e o condensador são comuns para os 
dois ciclos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.6: Comparação entre os ciclos – Bryant (2001). 
CONDENSADOR
EVAPORADOR
GERADOR
ABSORVEDOR
ÁGUA GELADA
ÁGUA DE CONDENSAÇÃO
CALOR
BOMBA DE
SOLUÇÃO
 
Wb
W
Compressor
Bomba de 
so lução
Gerador
Absorvedor
Válvula de
Expansão
Evaporador
Condensador
Válvula de
Expansão
Qge
Qab Qev
Qcd
Ciclo de Absorção Ciclo de Compressão
 
 
35
Entretanto, a função executada pelo compressor no ciclo de compressão, isto é, o 
aumento dos níveis de pressão e temperatura do estado de saída do evaporador até 
o estado de entrada no condensador, é realizada no ciclo de absorção pelo conjunto 
absorvedor-gerador, que são os equipamentos onde ocorrem os processos de 
separação e mistura dos componentes da mistura binária empregada no sistema. 
Estes processos são desencadeados pelas transferências de calor existentes no 
gerador e absorvedor. 
 
Durante o processo de absorção há transferência de calor para o meio ambiente e 
durante o processo de dessorção há fornecimento de calor para o ciclo (no gerador) 
a partir de uma fonte de calor a alta temperatura. 
 
O ciclo de absorção é composto pelos processos descritos a seguir, sendo dois 
deles caracterizados por trocas de calor (vaporização e condensação) e dois outros 
caracterizados por trocas simultâneas de calor e massa (dessorção e absorção). 
São eles: vaporização do refrigerante no evaporador; absorção do refrigerante pela 
solução no absorvedor; separação (dessorção) do refrigerante no gerador; 
condensação do refrigerante no condensador; redução de pressão entre as 
pressões do condensador e evaporador; bombeamento da solução entre o 
absorvedor e gerador. 
 
 
5.4 Unidades Condicionadoras de Ar 
 
 
O condicionador de ar é um aparelho que tem como objetivo tratar do ar de um 
ambiente, proporcionando condições de temperatura e umidade ideais para o ser 
humano, segundo Alberico (2003). 
 
Projetado para proporcionar conforto térmico a um ambiente fechado e para ser 
instalado em janelas, paredes, casas de máquinas, etc., compõe-se de um sistema 
de refrigeração e desumidificação com circulação e filtragem do ar, podendo, ainda, 
Incluir renovação do ar e aquecimento. 
 
 
 
36
Todo ambiente que tem seu ar controlado, com temperaturas de acordo com as 
temperaturas de conforto térmico percebidas pelo corpo humano, proporcionando 
conforto ao usuário, gerando maior produtividade, saúde e principalmente bem-estar. 
 
As unidades condicionadoras de ar podem ser de expansão direta ou expansão 
indireta. Expansão direta é um sistema onde o fluido refrigerante troca calor 
diretamente com o ar insuflado no ambiente. Expansão indireta é um sistema onde 
um fluido intermediário realiza a troca térmica entre o fluido refrigerante e o ar 
tratado. 
 
Como exemplo de condicionadores de ar de expansão direta, pode-se citar os 
aparelhos de janela, os splits1, as unidades tipo package e os rooftops. No caso de 
expansão indireta, utilizam-se unidades resfriadoras de líquidos e condicionadores 
de ar tipo fancoil. 
 
O ar introduzido num espaço condicionado deverá ser distribuído de tal modo que, 
dentro da zona ocupada (nível de 1,80 metros acima do assoalho), não haja bruscas 
variações de temperatura e que a quantidade de ar seja fornecida às diferentes 
seções do ambiente, sem correntezas de ar. Uma correnteza de ar pode-se definir, 
como uma corrente de ar sensível, afirma Alberico (2003). 
 
As correntezas de ar são reprováveis, segundo Alberico (2003). Deverá, contudo, 
existir uma movimentação de ar pois se não houver, os ocupantes sentir-se-ão 
desconfortáveis. O calor e a umidade devem ser retirados do corpo à medida que 
são liberados ou então cada ocupante será envolvido por uma camada parada de ar 
quente e úmido. O tipo de ocupação, a disposição física da sala, o nível aceitável de 
ruído e o grau de atividade dos ocupantes influencia a velocidade permissível do ar 
num espaço condicionado. Geralmente uma velocidade de 0,08 a 0,13 m/s a 0,33 
m/s constitui uma correnteza de ar para a maioria das pessoas. 
 
Para resfriar um espaço com ar condicionado, o ar insuflado é normalmente 
introduzido na sala entre 6 e 17 graus abaixo da temperatura do ar requerida para a 
 
1 Condicionador de Ar, descrito no item 5.5.3. 
 
 
37
sala e uma velocidade consideravelmente superior a 0,08 m/s. Suponhamos que a 
sala é para ser mantida a 26º C e o insuflamento de ar condicionado se processa a 
15ºC e 2,5 m/s. Um bom sistema de distribuição de ar para esta deverá fazer o 
seguinte: 
- Misturar ar da sala com ar frio insuflado de modo a que ao atingir a zona ocupada, 
a corrente de ar esteja suficientemente quente para não incomodar. 
- Reduzir a velocidade do ar antes de atingir a zona ocupada para evitar correntezas 
desagradáveis. 
- Produzir uma movimentação de ar uniforme na totalidade da zona ocupada. 
- Manter o ruído do ar nas bocas de insuflamento e nas grelhas de retorno abaixo do 
nível incômodo. 
 
 
5.5 Tipos de Condicionadores de Ar 
 
 
Os tipos de condicionadores de ar podem ser de Expansão Direta ou Indireta, todos 
apresentam um sistema de Transmissão de calor em comum, como se verá adiante, 
afirma Alberico (2003). 
 
 
5.5.1 Expansão Direta 
 
 
Estes apresentam o sistema comum a todos e o processo de Compressão x 
Expansão de Gás associados ao fenômeno exotérmico e endotérmico. 
 
A Figura5.7 apresenta o processo de Compressão xExpansão de Gás. 
 
 
 
 
38
 
Figura 5.7: Processo de Compressão X Expansão de Gás – Alberico (2003). 
 
A transmissão de calor deve-se ao calor do ambiente que foi removido através do 
fluido, que ao mudar de estado, expulsa o calor para o exterior. 
 
 
5.5.2 Individual 
 
 
O condicionador de ar individual incorpora a unidade evaporadora e a unidade 
condensadora em único gabinete. A unidade evaporadora é aquela em há a sucção 
do ar quente do ambiente e a devolução do ar refrigerado no caso do modo de 
resfriamento. 
 
A unidade condensadora, onde se localiza o compressor, é responsável pela 
eliminação do ar quente para fora da residência (para o meio externo), conforme 
Figura 5.8. 
 
 
 
(endotérmico) e se 
Reservatório 
Compressor 
 
 
39
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.8: Diagrama de aparelho de janela – Bryant (2001). 
 
A versão a frio, é adequada àqueles que vivem em cidades com altas temperaturas 
mas com um inverno ameno. Ela permite ventilar ou refrigerar o ambiente. A versão 
quente/frio é ideal para pessoas que além de desejar um bom ar refrigerado também 
necessitam de aquecimento nos períodos de frio. Esta versão possibilita ventilar, 
refrigerar e também aquecer o ambiente, segundo Bryant (2001). 
 
 
5.5.3 Split 
 
 
O split é um conceito em equipamento de condicionamento de ar, extremamente 
versátil, projetado para condicionar pequenos, médios e grandes ambientes com 
grande eficiência e baixo consumo de energia. 
 
A principal característica desse sistema é a instalação das partes ruidosas do 
equipamento em áreas externas, deixando apenas a unidade evaporadora no 
interior dos ambientes, instalada no forro ou em paredes. Segundo Bryant (2001), 
outras vantagens estão na possibilidade de controle individual e nos compressores 
de alta eficiência. O condicionador de ar split interliga a unidade evaporadora e a 
unidade condensadora através da linha frigorígena (utilização de tubos de cobre). A 
unidade evaporadora realiza a sucção do ar quente do ambiente e a devolução do ar 
refrigerado – no caso do modo de resfriamento, é a unidade interna, aquela que fica 
no interior da sala. 
 
 
 
40
A unidade condensadora, aquela instalada fora do seu ambiente interno, succiona o 
ar externo e devolve mais quente. A unidade condensadora, por possuir o 
compressor em seu interior, ao ser instalado fora, levará o ruído para longe. 
 
Assim, o split é ideal para aqueles que desejam um condicionador de ar silencioso. A 
Figura 5.9, mostra o diagrama esquemático de um split. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.9: Diagrama esquemático de um split – Bryant (2001). 
 
 
5.5.4 As vantagens da utilização de Splits em ambientes pequenos 
 
 
Com capacidades variando entre 9.000 Btu/h a 60.000 Btu/h, os aparelhos split 
possuem controle remoto total de funcionamento e temperatura. A instalação é 
simples, desde que observadas as exigências técnicas do equipamento, afirma 
Bryant (2001). Além disso, permite muitas opções na escolha de seu 
posicionamento, uma vez que suas unidades são independentes. A evaporadora é 
instalada no próprio ambiente e a condensadora (unidade mais ruidosa) na parte 
externa, possibilitando um funcionamento silencioso dentro do ambiente que está 
sendo climatizado. 
 
A unidade externa (condensadora) se interliga à unidade interna (evaporadora), 
continua Bryant (2001), através de tubulações de cobre, onde circula um tipo de gás, 
 
 
41
conhecido como gás refrigerante, o qual promove o ciclo de refrigeração ou 
aquecimento. Na função de refrigeração, a evaporadora produz água, sendo 
necessária a colocação de ponto de drenagem. Na função de aquecimento, a água é 
produzida pela condensadora. 
 
A linha split traz muitas vantagens para os projetos, flexibilizando a escolha da 
localização da unidade evaporadora, permitindo um aproveitamento melhor dos 
espaços. O ideal é que a opção por utilizar split seja considerada na fase de projeto, 
pois pode-se prever soluções mais eficientes para a saída de dreno e tubulação de 
gás. 
 
Como exemplo das novas soluções possíveis com o split, podemos citar os projetos 
de edifícios residenciais, que, atualmente, têm cômodos com dimensões reduzidas e 
com previsão de colocação de aparelhos condicionadores de ar embaixo da 
esquadria, o que limita muito a organização do espaço interno. Com a previsão para 
split, é possível uma alternativa versátil para a instalação da unidade interna em 
outra posição, permanecendo a condensadora no local destinado ao aparelho de 
parede, permitindo assim maior liberdade para a decoração e otimização do espaço. 
 
Muitas vezes, a escolha do aparelho terá como um dos fatores determinantes o local 
possível para sua instalação. Portanto, uma criteriosa análise inicial do projeto será 
fundamental para a correta determinação do local destinado à instalação do 
condicionador de ar. 
 
 
5.5.5 Package 
 
 
 Os condicionadores de ar tipo Package têm como característica básica a operação 
de todos os componentes do ciclo de refrigeração dentro de um único gabinete, 
segundo Bryant (2001). Como exemplos, tem-se as unidades condicionadoras de ar 
tipo Self Contained (ar ou água) e unidades tipo Rooftop. Self Contained são 
aqueles condicionadores de ar compactos ou divididos que encerram em seus 
gabinetes todos os componentes necessários para efetuar o tratamento do ar, tais 
 
 
42
como: filtragem, refrigeração, umidificação, aquecimento, desumidificação, 
movimentação do ar. 
 
Possuem ainda sistemas de comando, controles e segurança. Praticamente são 
condicionadores que para operar necessitam somente esperas de força (energia 
elétrica) e de drenagem. Suas potências normalmente situam-se na faixa de 3TR a 
30TR, podendo tanto ser instalados com insuflamento com ‘Plenum’ ou como 
condicionadores Centrais, geralmente distribuindo o ar tratado através de redes de 
dutos. Os Rooftops são também enquadrados nesta categoria, continua Bryant 
(2001), a grande maioria das unidades Self Contained são construídos com sistemas 
de refrigeração por compressão e expansão de fluido refrigerante, conforme figura 
5.10, e consomem grandes quantidades de energia elétrica. Existem, porém, 
unidades de médio e grande porte cujo método de captação de calor é a absorção , 
com brometo de lítio , que consomem gás natural, e a parcela de energia elétrica é 
ínfima. 
 
 
Figura 5.10: Sistema de Expansão Direta - tipo Self Contained – Alberico (2003). 
 
 
43
As unidades tipo Package são de expansão direta e são usualmente encontradas 
em instalações de médio porte. O ponto em comum com os sistemas de expansão 
direta que é a central de produção de frio. Estas unidades tem larga aplicação onde 
o horário de ponta é definido com longa duração durante o dia (na Califórnia , onde 
há aplicação de Rooftops em Shopping Centers, são 8 horas por dia. Aqui no Brasil 
são de 3 horas). 
 
 
5.5.6 Expansão Indireta - (Água Gelada) 
 
 
Nos sistemas de expansão indireta faz-se necessária a instalação de uma Central de 
água Gelada, afirma Alberico (2003), conforme mostra a Figura 5.11, com 
resfriadores de líquidos que são responsáveis pelo fornecimento de água gelada 
para as unidade condicionadoras de ar tipo fancoil presentes em cada ambiente a 
ser condicionado. Cada ambiente condicionado possuirá, de acordo com sua área, 
um ou mais sensores de temperatura que transmitem um sinal elétrico para o 
atuador da válvula instalada na tubulação de retorno da unidade condicionadora de 
ar. 
 
Figura 5.11:Central de Água Gelada – Alberico (2003). 
 
 
44
Os sistemas de expansão indireta são geralmente encontrados em instalações de 
grande porte, tais como shoppings, prédios comerciais e residenciais. Este sistema 
geralmente é o mais energicamente eficiente. Sua produção de frio é separada da 
distribuição de frio, interligada por linha de Água Gelada. São caracterizados pelo 
uso de FANCOILS (pequeno porte, no Brasil diz-se Fancoletes) ou AIR HANDLING 
UNITS (grande porte). 
 
O Fancoil, é o componente do sistema provido de serpentina e ventilador, continua 
Alberico (2003), o ventilador força o ar a passar através da serpentina, momento em 
que acontece o processo de refrigeração do ar. Da serpentina, o ar é encaminhado 
aos ambientes através das redes de dutos, sendo difundido através de difusores e 
grelhas. 
 
 
5.5.7 Termoacumulação 
 
 
É um sub-sistemas que pode ser agregado à Central de Produção de Frio 
objetivando benefícios nos gastos operacionais. Pode ser a “Água” ou a “Gelo” 
constituídos por grandes tanques de armazenamento de gelo ou água que 
funcionam como garrafa térmica. No Brasil temos a seguinte política tarifária, para 
consumidores “não-residenciais”, relata Alberico (2003): 
 
- Energia Elétrica: Horário de Ponta – 17:30 as 20:30 tarifas de demanda e 
consumo mais caras. 
 
- Água: Tarifa de valor constante ao longo do dia é cobrado valor de “água” e de 
“esgoto”. 
 
- Funcionamento da Termoacumulação: 
 A Figura 5.12, demonstra como a termoacumulação funciona. 
 
 
45
 
Figura 5.12: Termoacumulação – Alberico (2003). 
 
A finalidade do sistema de acúmulo de frio é permitir o desligamento do maior 
número de consumidores elétricos no horário mais caro, sem que o benefício seja 
interrompido. Segundo Alberico (2003), isto é possível e esta demonstrado na 
Tabela 5.1 tomando como exemplo um shopping cujo funcionamento vai das 10:00 
as 24:00 horas. 
 
Tabela 5.1: Possibilidades de aplicação dos diversos compressores. 
 24:00 – 10:00 h 10:00 – 17:30 h 17:30 – 20:30 h 20:30 – 24:00 h 
Torre Operando Operando Parada Operando 
Bomba de 
condensação 
Operando Operando Parada Operando 
Resfriador Operando 
produzindo gelo 
Operando Sol. 
Normal (B) 
Parado (D) Operando Sol. 
Normal (B) 
Bomba primária Operando Operando Operando Operando 
Válvula X Port. 1 fechado 2 e 3 
abertos 
Modulando (C) Port. 1 fechado 2 e 
3 abertos 
Modulando (C) 
Válvula Y Port. 3 fechado 1 e 2 
abertos 
1 e 3 abertos 2 
fechada 
2 fechada 1 e 3 
aberta 
1 e 3 abertas e 2 
fechadas 
Tanque de gelo Carregando Descarregando Descarregando Descarregando 
Trocador de calor Sem carga Com carga Com carga Com carga 
Bomba secundária Parada Operando Operando Operando 
Fan Coil Parada Operando Operando Operando 
(A) Tem um duplo Set Point e quando produz gelo descarrega solução de etileno glicol a 5ºC 
(B) Set Point para +5ºC 
(C) Acionada por sensor de Temp. na linha de água gelada 
(D) Permite fluxo de solução 
Fonte: Alberico, 2003. 
 
 
46
5.5.8 Sistemas de Grande Porte 
 
 
Os resfriadores de líquido são habitualmente utilizados em instalações de grande 
capacidade, segundo Bryant (2001), onde diversas vantagens podem ser obtidas, 
tais como a redução de custos e facilidade de operação, o custo operacional KW / 
TR (KW / TR é a relação consumo de energia e produção de frio) mais baixo, baixo 
espectro e emissão sonora, controle eletrônico, compressores múltiplos (boa 
eficiência energética em carga parcial). 
 
Uma central de água gelada com resfriadores de líquidos é responsável pelo 
fornecimento de água gelada para as unidades condicionadoras de ar tipo fancoil 
presentes em cada ambiente a ser condicionado. Cada ambiente condicionado 
possuirá, de acordo com sua área, um ou mais sensores de temperatura que 
transmitem um sinal elétrico para o atuador da válvula de duas vias (anel hidráulico 
primário e secundário) ou válvulas de três vias (anel hidráulico primário), que é 
instalada na tubulação de retorno da unidade condicionadora de ar. 
 
De acordo com a carga térmica requerida em um determinado horário, a unidade 
condicionadora de ar precisará de quantidade variável de água gelada para 
“combater” a carga térmica, continua Bryant (2001), necessitando assim da válvula 
para controlar o fluxo de água gelada que circula pela serpentina e conseqüente 
modulação da carga térmica. 
 
Com todos os “fancoils” operando desta forma, concluí-se que a vazão de água 
gelada será proporcional a intensidade de carga térmica. Contudo, sabe-se também 
que os resfriadores de líquidos necessitam de vazão constante no evaporador, para 
que tenham um funcionamento perfeito. 
 
Sendo assim, os sistemas podem operar com um (circuito primário) ou dois circuitos 
hidráulicos (circuito primário e secundário) no sistema de água gelada, o circuito 
primário de água gelada geralmente encontra-se nos limites de central de água 
gelada, tendo como característica uma vazão constante de para cada unidade 
 
 
47
resfriadora de líquido e a presença de uma bomba de água gelada denominada 
primária, intertravada eletricamente com cada unidade, assegurando assim não 
somente a vazão constante requerida, mas também a operacionalidade do sistema, 
uma vez que a quantidade de unidades em funcionamento varia de acordo com a 
carga térmica existente no horário em estudo. Este sistema é em geral utilizado em 
instalações de pequeno porte. 
 
Para cálculo da vazão máxima do circuito secundário é considerada a carga térmica 
máxima. O circuito possuirá uma bomba de água gelada denominada secundária, 
capaz de atender a essas condições, operando com um variador de freqüência, 
responsável pelo controle de vazão da mesma. 
 
Na medida em que a carga térmica requerida pelo ambiente varia, ocorre, por parte 
da válvula de duas vias, a regulagem da vazão de água gelada na unidade 
condicionadora de ar (o atuador envia sinal para que a válvula que abre ou feche), 
fazendo com que a pressão na tubulação do sistema aumente ou diminua. Um 
sensor de pressão localizado na descarga da bomba de água gelada secundária 
verifica a pressão no sistema, fazendo com que o variador de freqüência altere a 
rotação da bomba, regulando a vazão no circuito secundário de água gelada. 
 
Para questões de segurança e manutenção, relata Bryant (2001), cada circuito 
(primário e secundário) usualmente terá uma bomba reserva com as mesmas 
características das demais. Um fato a ser ressaltado é o funcionamento em conjunto 
desses dois circuitos, que possuirá uma tubulação de “by-pass” interligando a 
sucção das bombas primárias à sucção das bombas secundárias. 
 
Como o circuito de água gelada primário exige vazão constante e o circuito 
secundário varia sua vazão, esta tubulação de “by-pass” funcionará como meio de 
equilíbrio no sistema. A Figura 5.13 ilustra o processo. 
 
 
 
48
 
Fancoil
Gelada Secundária
Bombas de Água
Circuito Primário
de Água Gelada
de Água Gelada
Circuito Secundário
By-pass
Bombas de Água
Gelada Primária
Unidade Resfriadora
de Líquido
de Líquido
Unidade Resfriadora
de Água Gelada
Circuito Secundário
de Água Gelada
Circuito Primário
 
Figura 5.13: Fluxograma de Água Gelada – Bryant (2001). 
 
 
A implantação do bombeamento em anéis primário e secundário pode beneficiar-se 
da redução de vazão de água no anel secundário (que varia de acordo com a carga 
térmica), reduzindo, deste modo, o consumo de energia elétrica. 
 
 
5.6 Calor sensível e calor latente 
 
 
O calor transferido para ou desde uma substância pode produziruma mudança na 
fase de substância ou uma mudança na temperatura da mesma. O calor absorvido 
ou cedido por um material causa ou acompanha uma mudança na temperatura 
deste, o calor transmitido é denominado de calor sensível, enquanto que a energia 
que causa ou acompanha uma mudança de fase é conhecida como calor latente. 
 
Ao avançarem na escala de temperaturas, muitos materiais sofrerão duas mudanças 
no seu estado de agregação. Primeiramente eles passam do estado sólido para o 
 
 
49
estado líquido, e depois, ao aumentar ainda mais a temperatura do líquido acima de 
um ponto a partir do qual não pode existir nesta condição, mudará este para o 
estado de vapor. Quando a mudança ocorre entre as fases de sólida e líquido em 
qualquer direção, o calor latente que intervém é denominado de calor de fusão. 
 
Quando a mudança ocorre entre as fases de líquido e vapor, qualquer que seja a 
direção da mudança, o calor latente envolvido nesta é denominado de calor latente 
de vaporização. 
 
Suponhamos que se pretende aquecer água em uma chaleira aberta colocada sobre 
uma chama de gás. À medida que se aplica o calor, a temperatura da água sobe. 
Um termômetro na água indicará uma elevação regular da temperatura até a água 
começar a ferver. Neste ponto a temperatura parará de subir e permanecerá 
estacionária enquanto a água estiver fervendo. Levantando a chama não se alterará 
a leitura da temperatura; continuará estacionária. A água ferverá mais depressa, 
mas não ficará mais quente. 
 
 
5.7 Fluido refrigerante 
 
 
Quando o refrigerante circula através do sistema, atua como agente transportador de 
energia térmica para um corpo ou substância passando um certo número de 
transformações de estado e/ou condição, sendo cada uma delas chamada de 
processo. O refrigerante começa em algum estado ou condição inicial, passa por 
uma série de processos numa dada seqüência, e volta à condição inicial. Esta série 
de processos é chamada de ciclo, relata Bryant (2001). 
 
Existe uma grande diversidade de fluidos de trabalho (refrigerantes) utilizados nos 
sistemas frigoríficos baseados na compressão de vapor. A amônia e o dióxido de 
enxofre foram importantes no início da implantação das máquinas frigoríficas, mas 
essas duas substâncias são tóxicas e, portanto, perigosas. Atualmente, os 
refrigerantes mais utilizados são genericamente conhecidos como clorofluorcabonos 
ou CFC´s, sendo quimicamente estáveis a temperatura ambiente. Esta estabilidade 
 
 
50
é necessária para que a substância seja um fluido de trabalho adequado, mas pode 
provocar efeitos devastadores no meio ambiente se o gás escapar para a atmosfera. 
Ainda segundo Bryant (2001), devido a estabilidade, o gás gasta muitos anos 
difundindo-se na atmosfera até atingir o ponto onde a molécula é dissociada, 
liberando o cloro, que por sua vez destrói a camada de ozônio presente na 
estratosfera. 
 
Por esse motivo é de importância fundamental que ocorra todo um processo de 
transformação na indústria de refrigeração, de modo a eliminar completamente a 
utilização dos refrigerantes nocivos ao meio ambiente e implantar um substituto 
adequado, conforme estabelecido no Protocolo de Montreal (ver Tabela 5.2). 
 
Tabela 5.2: Determinação do protocolo de Montreal. 
Datas estipuladas para eliminação (plase-out) dos CFC´s e HCFC´s 
 Países Desenvolvidos Países Subdesenvolvidos 
CHC´s 01/01/1996 01/01/2006 
HCFC´s 01/01/2020 01/01/2040 
 Fonte: Bryant, 2001. 
 
O ciclo típico de absorção utiliza a água como refrigerante e brometo de lítio (LiBr) 
como absorvente. O uso de água com ponto de fusão de 0ºC, como refrigerante, 
limita a temperatura que pode ser transmitida pelo absorvedor em uma temperatura 
maior que 0ºC. Quando temperaturas inferiores são requeridas, o mesmo ciclo de 
absorção pode ser usado, mas com amônia como refrigerante e água como 
absorvente. 
 
 
5.8 Componentes do Sistema de refrigeração por Compressão à vapor 
 
 
A seguir, serão apresentados alguns dos principais componentes encontrados em 
um sistema de refrigeração à vapor: 
- Compressores 
- Evaporadores 
 
 
51
- Condensadores 
- Dispositivos de expansão 
 
Estes são os componentes básicos de um ciclo de refrigeração por compressão à 
vapor, o mais utilizado hoje em dia, afirma Bryant (2001). Para cada um deles, serão 
apresentados os tipos construtivos mais comuns e suas aplicações, bem como 
comparações entre estes tipos serão realizadas enfocando aspectos técnicos e 
operacionais. 
 
O compressor é o componente mecanicamente mais complexo de um sistema de 
refrigeração por compressão a vapor. Ele tem a função de fornecer um diferencial de 
pressão, de forma que o fluido refrigerante possa evaporar a uma temperatura 
inferior a temperatura de condensação, e assim conseguir o objetivo do ciclo de 
refrigeração, que é retirar calor de uma fonte fria e rejeitar este calor para uma fonte 
quente. Assim, para se obter este diferencial de pressão é necessário fornecer 
trabalho ao compressor, na forma de trabalho de eixo (em compressores abertos) ou 
energia elétrica (em compressores herméticos e semi-herméticos). 
 
Os compressores podem ser divididos em quatro categorias principais: alternativo, 
parafuso, de palheta e centrifugo. Cada um deles tem características únicas e, 
portanto, usos específicos. A seguir, serão apresentadas algumas dessas 
características: 
- Compressores alternativos: Este tipo de compressor é o mais comumente 
utilizado, segundo Bryant (2001), e esta demonstrado na Figura 5.14. 
Basicamente, consiste de um pistão que se desloca em movimento alternativo no 
inferior de um cilindro, e neste movimento comprime o fluido refrigerante. Este 
tipo pode ser dividido em três categorias: aberto, semi-hermético e hermético. 
Para o compressor aberto, temos o eixo de acionamento externo ao compressor. 
Já no semi-hermético, a carcaça aloja tanto o compressor como o motor elétrico. 
Nesta configuração, é possível realizar o resfriamento do enrolamento do motor e 
ainda remover o cabeçote para se ter acesso às válvulas e pistões. Os 
compressores herméticos são parecidos com os semi-herméticos porém não 
permitem o acesso às válvulas e pistões. 
 
 
 
52
 
 
Figura 5.14: Compressor Alternativo – Bryant (2001). 
 
 
- Compressores parafusos: O refrigerante entra pela parte superior de uma 
extremidade do compressor e sai pela parte inferior da outra extremidade, explica 
Bryant (2001). A Figura 5.15 mostra um esquema de compressor do tipo 
“compressores parafusos”. 
 Na região de aspiração do compressor produz-se vácuo que induz a entrada do 
vapor refrigerante, preenchendo toda a cavidade. À medida que o rotor gira, o 
vapor circula pela carcaça encontrando-se com o rotor fêmea que promove a 
diminuição da cavidade e comprime o vapor. Quando atinge-se o ponto da 
válvula de descarga, o vapor é expelido e o ciclo recomeça. 
 
 
 
 
Figura 5.15: Compressor parafuso – Bryant (2001). 
 
 
- Compressor de palhetas: O compressor de palhetas pode ser subdividido em 
duas categorias: palhetas simples e de palhetas múltiplas. A Figura 5.16, 
demonstra um compressor palheta de duas palhetas. No compressor de palheta 
simples a linha de centro do eixo do acionamento coincide com o do cilindro e 
também a compressão do vapor refrigerante. 
 
 
53
 À medida que o eixo gira, o volume ocupado pelo refrigerante vai sendo reduzido, 
comprimindo assim o fluido. 
 
 
 
 
Figura 5.16: Compressor de palheta de duas palhetas – Bryant (2001).