Refrigeraçaõ e Climatização Aula 0 Revisão Termodinâmica

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CCE0327 – Refrigeração e Climatização
Aula 2: Revisão de Termodinâmica
Refrigeração e Climatização
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
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.
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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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.
A expressão do peso de um corpo é: 𝑷 = m. g
onde: g = aceleração da gravidade, aproximadamente = 9,81 m/s²
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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 0 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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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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ou, resumindo: 1 N/m
2 = 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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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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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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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.
 = 𝐅
𝐕
=
𝐦
𝐕
. 𝐠 = 𝟏𝟑. 𝟓𝟗𝟔
𝐤𝐠
𝐦𝟑
𝐱 𝟗, 𝟖𝟏
𝐦
𝐬𝟐
= 𝟏𝟑𝟑. 𝟑𝟕𝟔, 𝟕𝟔
𝐤𝐠
𝐦𝟐
. 𝐬²
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 m 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 agua 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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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 tornar 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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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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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 mesmatemperatura 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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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
𝒕𝐜 =
𝟓
𝟗
(TF - 32)
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 0,0°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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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:
ഥ𝑤 = P / V
ഥ𝑤 em kg / m³ (P em kg  peso)
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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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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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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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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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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 kJ = 4.186 J
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
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Capacidade térmica
Para uma determinada massa, a quantidade de calor necessária para produzir um determinado
aumento na temperatura depende da substância.
Chama-se capacidade térmica C de um corpo o quociente da quantidade de calor fornecida dQ e 
o acréscimo na temperatura dT
Então
C = capacidade térmica = dQ / dT
.“Felicidade é ter o que fazer, ter algo que amar e algo que esperar”
(Aristóteles)
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Calor específico
A capacidade térmica, por unidade de massa de um corpo, é o que se denomina
"calor específico". 
Depende da natureza da substância do qual é feito, daí chamar-se específico de uma
substância (veja Fig. 1.8 – slide 8).
C = 
𝒄𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒕é𝒓𝒎𝒊𝒄𝒂
𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂
=
𝟏
𝒎
.
𝒅𝑸
𝒅𝒕
Equação 1.2
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A capacidade térmica e o calor específico de uma substância não são constantes, dependem do 
intervalo de temperatura considerado. 
Para a água, por exemplo, o calor específico somente será de 1 kcal/kg ºC na temperatura de
15°C. 
Na temperatura de 0ºC será de 1,008 kcal/kg ºC e a 40°C 
será de 0,998 kcal/kg ºC.
𝐐 = 𝐦 ׬𝐓𝐢
𝐓𝐟𝐂 𝐝𝐭
Para se organizar uma tabela de calor específico para diferentes substâncias, temos de fixar uma
pressão constante e uma temperatura ambiente.
Na Tabela 1.3, temos o calor específico cp à pressão constante de 1 atm.
No limite, quando o intervalo de temperatura!: T  0, podemos falar em calor específico à 
determinada temperatura T, então da Eq. 1.2 tira-se:
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Verificamos por essa tabela que o calor específico dos sólidos varia muito com a substância, 
se expresso em cal/gºC ou J/gºC (colunas1 e 2), porém se expressarmos amostras com o mesmo
número de moléculas verificamos que o calor específico molar ou capacidade térmica molar de 
quase todas as substâncias é aproximadamente 6 cal/molºC (com exceção do carbono). 
Essa foi a conclusão a que chegaram Dulong e Petit em 1819.
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Para se obter a coluna 4, 
multiplicam-se os valores da coluna 1 pela coluna 3;
para se obter a coluna 5, 
multiplica-se a coluna 2 pela 3. 
Conclui-se que 1 cal/gºC = 1 kcal/kgºC = 1 BTU/lb ºF e que 
o calor específico da água é 1,0 cal/gºC ou
1 kcal/kgºC ou ainda 1 BTU/lbºF
é muito grande comparado com os metais.
“Não é preciso que a bondade se mostre, mas sim é preciso que se deixe ver.”
(Platão)
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Verifica-se então que a quantidade de calor por molécula, necessária para produzir determinada
variação de temperatura de um sólido, é aproximadamente a mesma para quase todas as 
substâncias, o que dá ênfase à teoria molecular da matéria.
O calor específico, ou seja, a capacidade térmica por unidade de massa, pode ser verificado
experimentalmente pela experiência da Fig. 1.8.
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Em duas cubas iguais, colocamos 1 kg de massa de água e 1 kg de glicerina. 
Aproximamos dois bicos de gás iguais e deixamos ambas as cubas se aquecerem pelo mesmo
tempo, no fim do qual mediremos as temperaturas da água e da glicerina.
Verificamos que o aumento de temperatura da água é maior do que o da glicerina, então podemos
afirmar que o calor específico da água que é de 1 kcal/kgºC é maior do que o da glicerina que é de 
0,576 kcal/kgºC.
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Exemplo
Um bloco de chumbo de 100 g é tirado de um forno e colocado dentro de um recipiente de 500 g 
de cobre, contendo em seu interior 200 g de água na temperatura inicial de 20°C. A temperatura
final do conjunto passa
a ser de 25°C. Qual a temperatura do forno?
Solução:
Temos a seguinte equação de equilíbrio, usando os valores da Tabela 1.3:
100 X 0,0325 (TF - 25) = 500 X 0,0923 (25 - 20) + 200 X 1 (25 - 20) 
(chumbo) (cobre) (água)
Resolvendo essa equação, achamos, desprezando as perdas:
TF = 403,7°C
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Condução de calor
Chama-se condução de calor a transferência de energia calorífica entre as partes adjacentes de 
um corpo ou de um corpo para outro quando postos em contato.
De uma maneira mais geral, podemos dizer que o calor transmite-se de três maneiras:
por radiação, quando se transmite de um corpo a outro por meio de ondas, em linha reta e à 
velocidade da luz.
Exemplo: o calor irradiado pelo Sol;
por convecção, quando passa de um corpo a outro por meio do fluido que os rodeia. 
Exemplo: banho-maria em que o fluido é a água; aquecimento de ambiente em que o fluido é o 
ar;
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por condução, quando existe contato direto entre os corpos ou entre as partes de um mesmo
corpo, quando há diferença de temperatura. 
Exemplo: barra de ferro em contato com fogo.
Estudaremos apenas a condução do calor.
."Você pode facilmente perdoar uma criança por ter medo do escuro. 
A real tragédia da vida, é quando os homens tem medo da luz."
Platão
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Condução de calor em paredes planas (experiência de Fourier- 1825) 
Suponhamos uma lâmina de um certo material, de seção reta A e 
espessura x e que as faces do material sejam mantidas a temperaturas diferentes T2 e T1 sendo T2 > T 1.
Queremos avaliar o fluxo de 
calor Q entre essas faces, 
no intervalo de tempo t e 
perpendicularmente a elas.
Experimentalmente, Fourier 
concluiu que a quantidade
de calor é proporcional à 
área A, à diferença de 
temperatura T e ao
intervalo de tempo t.
t = tempo
T = Temperatura
Também, por experiência, 
conclui-se que se T e x 
forem pequenos, o 
fluxo de calor Q será
proporcional a T / x 
para t e A constantes, ou
seja,
𝚫𝐐
𝚫𝐭
=  A
𝚫𝐓
𝚫𝐱
coefic.de convecção
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No limite, se a lâmina tiver espessura infinitesimal dx, e através da qual existir uma
diferença de temperatura dT, temos a seguinte equação de transmissão de calor, chamada lei de 
Fourier:
Q = - K A
𝐝𝐓
𝐝𝐱
(1.3)
onde:
Q = a taxa de transmissão de calor em certo intervalo de tempo, através da área A em cal ou kcal 
dT / dx = gradiente de temperatura (variação da temperatura com a distância);
K = constante de proporcionalidade, chamada de condutividade térmica ..
Obs.: O sinal de menos é porque o calor se transmite da face mais quente para a mais fria.
Refrigeração e Climatização
Na Tabela 1.4 vemos a condutividade térmica de alguns materiais, à temperatura ambiente
e para os gases a 0°C. 
Por esta tabela podemos ver que os corpos bons condutores de eletricidade são os que têm maior
condutividade térmica, o que enfatiza o conceito de que o calor é uma energia, como a eletricidade
também o é.
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Condução de calor através de placas paralelas
Vamos examinar o caso de um corpo composto por duas placas paralelas, de materiais
com condutividades térmicas diferentes K2 e K1 (Fig. 1.10).
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Fazendo a generalização para n placas paralelas. 
As temperaturas das faces externas são T2 e T1 e a temperatura da face de separação
das duas placas é Tx.
Em regime estacionário, ou seja, depois de decorrido um intervalo de tempo suficiente em que a
temperatura não varia mais e considerando a área A perpendicular à direção do fluxo, temos as 
equações:
Como em regime estacionário os fluxos serão iguais , temos :
q2 = q1 =q
𝐊𝟐 𝐀 .
𝐓𝟐 − 𝐓𝐱
𝐋𝟐
= 𝐊𝟏 . A . 
𝐓𝐱 − 𝐓𝟏
𝐋𝟏
𝐪𝟏 = 𝐊𝟏 . A . 
𝐓𝐱 − 𝐓𝟏
𝐋𝟏
𝐪𝟐 = 𝐊𝟐 𝐀 .
𝐓𝟐 − 𝐓𝐱
𝐋𝟐
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Resolvendo a equação em Tx e depois substituindo em uma das equações, teremos :
Generalizando para n placas , temos : onde :
q = kcal / s
T2 e T1 = as temperaturas externas em K; 
Li = espessura das placas em m;
Ki = condutividade térmica em kcal/s m ºC
q = 
𝐀 (𝐓𝟐 − 𝐓𝟏 )
𝐋𝟏
𝐊𝟏
+
𝐋𝟐
𝐊𝟐
q = 
𝐀 (𝐓𝟐 − 𝐓𝟏 )
σ𝐢=𝟏
𝐧 𝐋𝐢
𝐊𝐢
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Em analogia com circuitos elétricos, a equação 1.4 poderá ser apresentada assim :
Nos cálculos de Ar Condicionado, as tabelas da carga térmica são preparadas para a condutância, 
em vez de resistências. 
Assim a equação 1.5 pode ser transformada, considerando-se A constante :
Q = A . U . T
Equação (1.5)
sendo : U = 
𝟏
𝐑𝐭𝐡

𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒉.𝒎2.º𝑪

q = kcal / h
Equação (1.6)
e T = T2 – T1
q = 
𝐀 (𝐓𝟐 − 𝐓𝟏 )
σ𝐢=𝟏
𝐧 𝐋𝐢
𝐊𝐢 .𝐀
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Exemplo :
Uma parede externa de uma sala é composta das seguintes placas: 10 cm de concreto,
5 cm de amianto e revestida internamente com 20 cm de cortiça. 
A temperatura do ar no exterior é de 32°C e no interior de 25°C, mantida pelo ar
condicionado. 
Calcular o fluxo de calor por m² de superfície de parede, em kcal/h.
Solução:
Cálculo da resistência térmica, baseada nos dados da Tabela 1.4 e levando em conta que o 
fluxo é por hora.
Rth1 = ____0,1__ = 0,13 th
0,72 x 1
Rth2 = 0,05____ = 0,71 th
0,07 x1
Rth3 = ____0,2__ = 1,42 th
0,14 x 1
𝐑𝐭𝐡 =
𝐋
𝐊.𝐀
𝐡 º𝐂 𝐤𝐜𝐚𝐥
Refrigeração e Climatização
ou Rth = 0,13 + 0,71 + 1,42 = 2,26 th
q = 𝟑𝟐 −𝟐𝟓
𝟐,𝟐𝟔
= 𝟑, 𝟎𝟗
𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒉
𝒑𝒐𝒓𝒎² 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒓𝒆𝒅𝒆
Obs. : o mesmo resultado seria obtido usando-se U = 
𝟏
𝐑𝐭𝐡
= 
𝟏
𝟐,𝟐𝟔
= 0,44
na equação 1.6 : q = A.U. T = 1 . 0,44 . (32 – 25) = 3,09 kcal / h 
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ExemploDuas barras idênticas de metal, quadradas, são soldadas topo a topo como mostra a 
Fig. 1.12(a). 
Suponha mos que 10 cal de calor fluam através das barras em 5 minutos. 
Pergunta-se que tempo levaria para que as 10 cal fluíssem através das barras colocadas
como na Fig. 1.12(b).
Refrigeração e Climatização
Solução:
No caso da Fig. 1.12(a) as placas metálicas estão colocadas em série, então as 
resistências térmicas serão somadas. Resultando:
𝐑𝐞𝐪 =
𝟐𝐋
𝐊𝐀
No caso da Fig. 1.12(b) as placas metálicas estão colocadas em paralelo, 
então :
𝟏
𝐑𝐞𝐪
=
𝐊𝐀
𝐋
+
𝐊𝐀
𝐋
 Req = 
𝑳
𝟐𝑲𝑨
No caso b o fluxo de calor é 4 vezes maior , isto é, para ser transportada a 
mesma energia, necessita-se de um tempo 4 vezes menor, ou seja : 
𝒕 =
𝟓𝒎𝒊𝒏
𝟒
= 𝟏𝐦𝐢𝐧 𝒆 𝟏𝟓 𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔
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Calor sensível
Calor sensível é a quantidade de calor que deve ser acrescentada ou retirada de um recinto devido à 
diferença de temperatura entre o exterior e o interior, a fim de fornecer as condições de conforto
desejadas.
Esse calor é introduzido no recinto de diversas maneiras: 
por condução, 
pelo Sol diretamente, 
pelas pessoas, 
pela iluminação, 
pelo ar exterior etc.
Calor sensível é o calor que se sente, é a propriedade que pode ser medida pelo termômetro comum
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Calor latente
É a quantidade de calor que se acrescenta ou retira de um corpo, causando a sua mudança de 
estado, sem mudar a temperatura; é o calor absorvido que provoca a evaporação da água ou
outros líquidos.
Exemplo: A água no estado sólido (gelo) necessita de 80 kcal por kg para passar para o estado
líquido a 0ºC.
Enquanto se fornece esse calor, a temperatura da água permanece constante, ou seja, 0ºC.
Então o calor latente de fusão da água é de 80 kcal/kg, 
se continuarmos acrescentando calor à água líquida, 
a sua temperatura passará de 0° a 100ºC, exigindo 100 kcal de calor. 
A partir dessa temperatura, se quisermos passar ao estado de vapor, teremos que acrescentar
mais 538 kcal, porém a sua temperatura permanecerá em 100ºC e enquanto ainda existir líquido. 
Logo, o calor latente de vaporização da água é de 538 kcal/kg. 
É o calor que ferve a água da chaleira.
Refrigeração e Climatização
Agora, se temos água sob a forma de vapor e queremos passá-la para o estado líquido, 
precisamos retirar as mesmas 538 kcal/kg, mantendo-se constante a temperatura
até todo o vapor se transformar em líquido. 
Esse é o calor latente de condensação.
O corpo humano emite ou recebe calor sensível e calor latente, que é o calor necessário para 
vaporizar a transpiração e a respiração, permanecendo constante o calor total.
O calor total é a soma do calor sensível e do calor latente.
“As pessoas precisam de três coisas : prudência no ânimo, silêncio na língua e vergonha na cara.”
Sócrates
Refrigeração e Climatização
Primeira Lei da Termodinâmica
Com o conhecimento das propriedades elementares, iniciaremos o estudo das propriedades
complexas, a fim de que possamos melhor compreender todos os fenômenos que se processam
em uma instalação de ar condicionado ou de frio.
Energia
A perfeita avaliação e a compreensão dos fenômenos que regem as manifestações da energia
não serão fáceis, pois a energia não pode ser vista e não é uma substância. 
É manifestada apenas pelos resultados que produz; uma energia
aplicada a um sistema pode produzir modificações no aspecto físico ou químico, embora não
seja uma substância.
A energia pode ser definida em um sentido mais geral como a “capacidade de produzir
trabalho”.
Refrigeração e Climatização
Já está perfeitamente provado desde Sadi Carnot e mais tarde Helmholtz que
a "energia não pode ser criada nem destruída". 
É a lei da conservação da energia de aplicação cada vez mais generalizada
e extrapolada para a esfera de conhecimentos macrocósmicos.
Essa lei da conservação da energia já era conhecida antes mesmo de ser
descoberta a estrutura do átomo e, uma vez conseguidas experimentalmente
a fissão e a fusão do átomo, ficou provada a transformação da matéria
em energia. 
Agora sabemos que há uma perfeita relação entre a matéria transformada
e a energia produzida.
A 1ª Lei da Termodinâmica estabelece, de uma forma geral, que, quando uma
energia é transferida ou transformada em qualquer outra forma, a energia final 
total é igual à energia inicial menos a soma de todas as energias envolvidas
no processo.
Refrigeração e Climatização
Essa 1ª Lei da Termodinâmica não pode ser demonstrada matematicamente e sim por meio de 
observações experimentais. 
Por meio do balanço energético envolvido nos sistemas, podemos concluir a primeira lei.
Aplicando-se a 1ª lei a um sistema, podemos dizer que a energia adicionada ao sistema é igual à 
diferença entre a energia final e a energia original do sistema.
Então, a compreensão da 1ª lei exige conhecimento da forma de energia adicionada ao sistema, 
assim como as formas de energia resultantes das transformações.
Refrigeração e Climatização
Energia transferida a um sistema
Para que uma energia possa ser adicionada a um sistema deve haver uma força atuante ou um 
potencial que causará a transposição das vizinhanças do sistema.
Há três tipos de potenciais: 
forças mecânicas,
forças elétricas e 
temperatura. 
As energias associadas com esses potenciais são: 
trabalho,
energia elétrica (ou trabalho elétrico) e 
calor.
Quando há diferença de magnitude (ou diferença de potencial) entre qualquer desses potenciais, 
entre os dois lados das vizinhanças do sistema, há possibilidade de transferência de energia. 
No entanto só há possibilidade de a energia atravessar as vizinhanças do sistema se houver um 
caminho para o fluxo de energia. 
Refrigeração e Climatização
Por exemplo, em qualquer circuito elétrico, pode haver diferença de potencial entre as 
extremidades do circuito, mas se não houver um condutor que estabeleça um caminho contínuo
para as cargas não haverá corrente elétrica. 
Da mesma forma o calor : pode haver uma grande diferença de temperatura entre as vizinhanças
de um sistema de calor, mas, se houver um isolante térmico suficiente, o calor não será
transmitido à outra extremidade.
Refrigeração e Climatização
Trabalho
Trabalho
é definido como o produto da força pela distância onde esta força atua.
Essa definição implica que a força cause um deslocamento e só
a componente da força na direção do deslocamento atua na produção do trabalho.
Assim a equação do trabalho realizado entre os pontos 1 e 2 (Fig. 1.13) será:
W1
2 = FL.dl
W1
2 = trabalho entre 1 e 2
FL = componente da força na direção do deslocamento
dl = deslocamento do objeto
Refrigeração e Climatização
Energia elétrica (trabalho elétrico) é definida ao longo do tempo como igual ao produto da 
diferença de potencial (ddp) pela corrente que essa diferença de potencial produz (essa corrente
depende da impedância do circuito).
O calor, ou energia calorífica, é a energia transferida através dos limites de um sistema, quando
entre esses limites há uma diferença de temperatura.
Diferentemente da energia mecânica ou energia elétrica, a determinação do calor que atravessa os
limites do sistema é bem mais difícil. 
Quando se conhece a condutividade térmica do material através do qual o calor flui, será possível
determinar o fluxo do calor. 
Porém essa condutividade só é obtida por processos indiretos.
Refrigeração e Climatização
A energia de um sistema pode variar de diversas maneiras: 
pela variação da energia potencial, 
por exemplo : elevação do sistema; pela adição de energia ao sistema que pode variar a suavelocidade, ou seja, variar a sua energia cinética. 
A energia potencial e a energia cinética, consideradas como um todo, estão relacionadas com as 
vizinhanças do sistema. 
Essas duas energias são muitas vezes consideradas energias extrínsecas.
A adição de energia a um outro sistema poderá produzir a elevação de temperatura, a sua expansão
ou mudança de fase. 
Uma reação química pode ocorrer em um sistema; num sistema gasoso, por exemplo, a adição de 
temperatura pode ocasionar a ionização. 
Em certos sistemas, poderá ocorrer a fissão ou a fusão nuclear.
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A energia que, associada com qualquer outra, provoca modificações internas é denominada "energia
interna", designada por U. 
Qualquer modificação na temperatura de um sistema provoca modificação na velocidade das 
moléculas, ou seja, na energia cinética molecular. 
A energia cinética molecular é designada por UK.
O sistema pode se contrair ou expandir, havendo modificação nas distâncias das moléculas.
Quando há forças atrativas intermoleculares, haverá uma modificação na energia potencial
molecular, designada por Up.
Quando se realiza uma reação química, há uma modificação da estrutura molecular do sistema. 
Essa energia é conhecida como "energia química".
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Sob certas condições, pode haver modificações na estrutura atômica do sistema. 
Essas mudanças podem ser :
- ionização,
- fissão nuclear ou
- fusão nuclear. 
A energia associada com as modificações na estrutura atômica é 
conhecida como energia nuclear. 
Essas energias são intrínsecas.
“Só sei que nada sei, e o fato de saber isso, me coloca em vantagem sobre 
aqueles que acham que sabem alguma coisa.”
Sócrates
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Resumo:
a) Energias que podem ser transferidas:
1 - calor - através de mudanças de temperatura;
2 - trabalho mecânico - por desequilíbrio de forças mecânicas; 
3 - trabalho elétrico - por diferença de tensão.
b) Energias extrínsecas dos sistemas:
1 - energia potencial - associada com desnível; 
2 - energia cinética - associada com velocidade.
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c) Energias da estrutura interna do sistema (intrínseca ou interna)
1 - Molecular
- cinética - associada com temperatura absoluta;
- potencial - associada com forças interatômicas;
2 - Atômica
- química - associada com trocas na estrutura molecular; 
3 - Subatômica
- nuclear - associada com trocas na estrutura atômica.
Assuntos da próxima aula:
Aula 3. Continuação da Revisão de Termodinâmica