Refrigeração CA parte1 (4)

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REFRIGERAÇÃO E CONFORTO AMBIENTAL (Parte-1)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 1Professor: Guilherme Lima
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Refrigeração e conforto ambiental
1. Introdução a Refrigeração
2. Ciclos de Refrigeração
3. Compressores, condensadores, evaporadores, 
dispositivos de expansão
4. Refrigerantes
5. Ciclo de refrigeração por absorção e outros
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Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 2
6. Aplicações de Refrigeração
7. Introdução ao conforto ambiental
8. Psicrometria
9. Conforto Térmico
10. Corpos Térmicos
11. Controle de Ar Condicionado
12. Aplicações de Ar Condicionado
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 2
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1- INTRODUÇÃO A REFRIGERAÇÃO
1.1- Definição
Refrigeração é o processo de remoção de calor de um 
meio, reduzindo sua temperatura e mantendo essa 
condição por meios naturais ou mecânicos.
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 3
1956- Kelvinator
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1- INTRODUÇÃO A REFRIGERAÇÃO
1.1- Definição (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 4
1917- Brastemp Side by side
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1- INTRODUÇÃO A REFRIGERAÇÃO
1.2- Histórico
• Século X AC: Os chineses usavam o gelo natural, colhido nas 
superfícies dos rios e lagos congelados, e conservava-os 
cuidadosamente em poços, cobertos com palha e cavados na 
terra, com a finalidade de preservar as folhas de chá que 
consumiam. 
• Século V AC: As civilizações gregas e depois as romanas 
também aproveitavam o gelo colhido no alto das montanhas, para 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 5
também aproveitavam o gelo colhido no alto das montanhas, para 
a conservação de alimentos, preparo de bebidas e alimentos 
gelados. 
• Final do século XVII: Com a invenção do microscópio, verificou-
se a existência de microorganismos (micróbios, bactérias), 
invisíveis a olho nu. Estudos realizados na época demonstraram 
que alguns tipos de bactérias eram responsáveis pela putrefação 
dos alimentos e por muitos tipos de doenças. Verificou-se, que a 
contínua reprodução das bactérias podia ser impedida pela 
aplicação do frio.
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1.2- Histórico (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 6
1852- Produção de gelo natural
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1.2- Histórico (cont.)
• Século XVIII: Grande expansão da indústria do gelo natural, 
que até então se mostrava incipiente. Aumentou-se a 
possibilidade de conservação de alimentos frescos, 
mantendo todas as suas qualidades, durante um período de 
tempo maior, visto que, anteriormente, a conservação dos 
alimentos era obtida através de tratamentos como a 
salgação, a defumação ou o uso de condimentos. 
• 1834: Foi inventado nos EUA o primeiro sistema mecânico 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 7
• 1834: Foi inventado nos EUA o primeiro sistema mecânico 
de fabricação de gelo artificial e, que constituiu a base 
precursora dos atuais sistemas de compressão frigorífica.
• 1855: Surgiu na Alemanha, outro tipo de mecanismo para a 
fabricação do gelo artificial, baseado no princípio da 
absorção, descoberto em 1824 pelo físico e químico inglês 
Michael Faraday. Nessa época, havia a crença de que o gelo 
produzido pelo homem era prejudicial à saúde humana.
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1884- Comércio de gelo 
em Nova Iorque 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 8
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• 1890: Fraco inverno nos Estados Unidos não permitiu formação de 
gelo natural, obrigando o uso do gelo artificial, mais puro e podia 
ser produzido conforme as necessidades de consumo.
• Fim do século XIX: Começaram a ser fabricados os primeiros 
refrigeradores (ou geladeiras). Tais aparelhos eram constituídos 
simplesmente por um recipiente, isolado por meio de placas de 
cortiça, dentro do qual eram colocadas pedras de gelo e os 
alimentos a conservar. Surgiram as usinas de fabricação de gelo 
artificial, visto que ainda não era possível a produção do gelo 
1.2- Histórico (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 9
artificial, visto que ainda não era possível a produção do gelo 
doméstico, sendo, as pedras de gelo, entregues nas residências 
para que fossem colocadas no interior das mesmas.
• 1913: Com o surgimento da eletricidade, foram construídos 
pequenos motores permitindo a construção do primeiro refrigerador 
doméstico, com operação manual, exigindo atenção constante, 
muito esforço e apresentando baixo rendimento.
• 1918: Apareceu o primeiro refrigerador automático, movido a 
eletricidade, e que foi fabricado pela Kelvinator Company, dos EUA. 
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1862- Máquina de gelo de Carré
1900- Ice box
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1920- Refrigerador 
Comercial
1923- Refrigerador 
Doméstico
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O que acontece ao usar 
um desodorante aerosol 
?????
2- CICLOS DE REFRIGERAÇÃO
2.1- Conceito
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 12
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• Ao apertar a válvula do desodorante, liberamos o fluido pressurizado
com gás que irá vaporizar-se, abaixando bruscamente a temperatura.
• Esse princípio é muito empregado na refrigeração, que é a queda de
temperatura que sofre um gás comprimido ao expandir-se, sendo o
desodorante chamado de refrigerante.
2.1- Conceito (cont.)
O que acontece ao usar um desodorante aerosol ?
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 13
• Para evitar o consumo exagerado de refrigerante, transformamos
essa experiência em um ciclo fechado, confinando o refrigerante em
tubulações, comprimindo-o continuamente através de um compressor
e deixando-o vaporizar em um evaporador.
• Esse processo, empregado pela maioria dos refrigeradores, é
chamado de compressão mecânica de vapor, sendo baseado no ciclo
de Carnot Reverso (teórico).
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• O vapor entra no compressor, onde é comprimido e
bombeado, tornando-se vapor superaquecido e
deslocando-se para o condensador.
• O condensador tem a função de liberar a energia
retirada do meio interno refrigerado e resultante do
trabalho de compressão para o meio exterior.
• O fluido, após liberar sua energia, passa do estado
Congelador
Condensador
Evaporador
D
i
s
p
.
 
E
x
p
a
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s
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o
2.1- Conceito (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 14
• O fluido, após liberar sua energia, passa do estado
de vapor superaquecido para liquido (condensa) e,
finalmente, entra no dispositivo de expansão, onde
tem sua pressão reduzida para, novamente passar
no evaporador e repetir-se, assim, o ciclo.
Refrigerador doméstico
Compressor
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ALTA PRESSÃO
Compressor
Qe Qs
2.1- Conceito (cont.)
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Evaporador
BAIXA PRESSÃO
Dispositivo de expansão
Condensador
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� Energia:
- É a capacidade de realizar trabalho, podendo existir sob diversas formas:
2.2- Recordação da termodinâmica
� Térmica.
� Mecânica.
� Química.
� Elétrica.
� Atômica.
� Luminosa, etc.
Refrigeraçãoe conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 16
� Luminosa, etc.
- A energia pode ser transformada de uma forma para outra, ex. uma 
bateria pode acionar um motor elétrico (energia química transformada em 
energia mecânica) ou aquecer uma resistência elétrica ( energia química 
transformada em energia térmica).
- Num sistema fechado, a energia não pode ser criada ou 
destruída(princípio da conservação da energia).
- A energia é medida em Joule (J) = N.m = Kg.m2/s2
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� Calor (Q):
- Calor é uma forma de energia transferida de um corpo a outro devido 
às diferenças de temperatura. No processo de aquecimento temos a 
energia térmica sendo transferida da chama (que tem elevada 
temperatura) para o corpo (que tem baixa temperatura). 
- O calor pode ser trocado de um corpo a outro por três processos: a 
condução, a convecção e a radiação. 
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 17
� Condução: há necessidade de um meio sólido para a 
transferência do calor.
� Convecção: necessita de um meio fluido, no qual o calor é 
levado por esse de um corpo a outro.
� Radiação, é a transferência de calor de um corpo a outro por 
meio de ondas eletromagnéticas. 
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� Calor (Q) :
- O calor, sendo uma energia, é medido em Joule (J) no SI.
- Também pode ser medido em BTU (British Thermal Unit) ou Calorias (cal 
ou kcal).
- Um BTU é definida como a quantidade de energia necessária para se 
elevar a temperatura de uma massa de uma libra de água de 59,5º F a 
60,5º F, sob pressão constante de 1 atmosfera.
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 18
- Uma caloria é definida como a quantidade de energia necessária para 
elevar a temperatura de uma massa de um grama de água de 14,5 ºC 
para 15,5 ºC, sob pressão constante de 1 atmosfera.
- 1 BTU = 1055 Joule
- 1 caloria = 4,186 Joule
OBS.: 
SI => Sistema Internacional
ES => English System
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� Trabalho (W) :
- Trabalho é uma forma de energia mecânica capaz provocar movimento 
de um corpo.
- Em física, trabalho é uma medida da energia transferida pela aplicação 
de uma força ao longo de um deslocamento.
- Em refrigeração, tem-se o processo de compressão como exemplo mais 
simples de aplicação do conceito de trabalho.
- Dentro do compressor, há um pistão realizando trabalho sobre um 
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 19
- Dentro do compressor, há um pistão realizando trabalho sobre um 
determinado volume de fluido refrigerante que é comprimido. O pistão se 
movimenta porque recebe energia mecânica do eixo do compressor, 
alimentado pela rede elétrica.
W = F X d
No SI: W = N.m = Joule (J)
ES: W = Lb.ft (libra.pé)
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� Potência (W/t) :
P = W / t = (F X d) / t
− Em física, potência é a grandeza que determina a quantidade 
de energia concedida por uma fonte a cada unidade de tempo. 
− Em outros termos, potência é a rapidez com a qual uma certa 
quantidade de energia é transformada ou é a rapidez com que 
o trabalho é realizado.
1 HP = 2545 BTU/h
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 20
P = W / t = (F X d) / t
No SI: P = N.m / s = J/s = Watt
No ES: P = Lb.ft / s
1 HP = 746 Watts
1 HP = 550 lbf.ft/s
1 HP = 2545 BTU/h
1 HP = 1,0138 cv (cavalo vapor)
1 TR = 3517 Watts
1 TR = 12000 BTU/h
1 TR = 3024 kcal/h 
OBS.: TR => Tonelada de Refrigeração
Quantidade de calor necessário para transformar uma tonelada de gelo a 
0 ºC em água a 0 ºC, em 24 horas.
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No século 18, James Watt,
o inventor do motor a vapor, 
realizou medições de potência 
em cavalos, concluindo que um 
cavalo poderia levantar 550 lbf 
de água na velocidade de 1 pé 
Como surgiu o hp ?
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 21
de água na velocidade de 1 pé 
por segundo.
Assim, a potência das máquinas 
começaram a ser comparadas à 
potência dos cavalos, surgindo 
assim:
Hp = horsepower = 746 watt
1 hp = 550 lb.ft/s
Ou
1 hp = 33.000 lb.ft/min
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� Estados da matéria
� Sólido 
� Líquido
� Vapor
Mudança de estados físicos
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 22
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� Temperatura (T) :
− A temperatura é associada à agitação molecular de um corpo. 
− Quanto mais quente um corpo, maior sua agitação molecular. 
− Do ponto de vista subjetivo, a temperatura está associada a uma 
sensação térmica de quente e de frio. 
− Para medir a temperatura dos corpos foram criados os termômetros.
− Os mais comuns são os termômetros de coluna, os termopares, 
� Temperatura (T) :
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 23
− Os mais comuns são os termômetros de coluna, os termopares, 
infravermelho, bimetálicos e as termoresistências. 
− Diversas escalas de temperatura são utilizadas, tais como: Kelvin (K), 
Celsius (C) e Fahrenheit (F).
� TC = (TF-32)/1,8
� TC = TK - 273,15
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Termômetros
Infravermelho
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 24
Coluna
Digital com resistência
Bimetálico
Termopar
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− A pressão é definida pela componente normal de uma força aplicada sobre 
a área de uma superfície. 
− A pressão aplicada em um fluido é igual em todas as direções.
− A pressão padrão é obtida ao nível do mar e ela se reduz com o aumento 
da altitude, pois a coluna de ar torna-se menor.
− No SI, a unidade de pressão é o Pascal, que resulta de uma força de 1 
Newton aplicada em uma superfície com a área de 1 metro quadrado.
� Pressão (p) :
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 25
Newton aplicada em uma superfície com a área de 1 metro quadrado.
− A pressão atmosférica ao nível do mar é 101.325 Pa.
� 1 Pa = 1 N/m2
� 1 atm = 101.325 Pa = 101,325 KPa
� 1 bar = 100 KPa
� 1 atm = 760 mmHg = 10 mca
� 1 atm = 14,7 psi (lbf/in2)
� 1 psi = 6,89 KPa
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� Pressão Relativa: é a pressão medida em relação à pressão atmosférica, 
tomada como unidade de referência.
� Pressão Absoluta: é a soma da pressão relativa e atmosférica, também 
se diz que é medida a partir do vácuo absoluto.
Pressão Negativa ou Vácuo: É quando um sistema tem pressão relativa 
menor que a pressão atmosférica.
Pressão Diferencial: é a diferença entre 2 pressões, sendo representada 
pelo símbolo ∆ delta P. Essa diferença de pressão normalmente é utilizada 
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 26
pelo símbolo ∆ delta P. Essa diferença de pressão normalmente é utilizada 
para medir vazão, nível, pressão, etc.
� Pressão Estática: é o peso exercido por um líquido em repouso ou que 
esteja fluindo perpendicularmente a tomada de impulso, por unidade de 
área exercida.
� Pressão Dinâmica ou Cinética: é a pressão exercida por um fluido em 
movimento. É medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que 
recebe o impacto do fluxo.
� Instrumentos para medição de pressão: é o manômetro, que pode ser 
de coluna, Bordon, digital (sensor piezoresistivo)
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Digital
Manômetros
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 27
Bordon
Coluna
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Pressão absoluta2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 28
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− Também chamada de massa volumétrica, é a relação da massa de um 
corpo pelo seu volume, medido em Kg/m3 ou g/dm3.
− Densidade relativa é a relação entre a densidade absoluta de uma 
substância e a massa volúmétrica da água, sendo uma grandeza 
adimensional. 
� Densidade absoluta (ρ)
ρ = massa / volume
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 29
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Tabela de densidade (pressão 1 atm)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 30
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− É a quantidade de calor necessária 
para elevar a temperatura de 1 Kg de 
um corpo em 1 ºC.
� Calor específico (c)
Calor específico
MATERIAL kcal/(kgºC) kJ/(kgºC)
água 1,000 4,186
álcool 0,580 2,428
alumínio 0,215 0,900
ar 0,240 1,005
carbono 0,120 0,502
chumbo 0,031 0,130
cobre 0,091 0,381
ferro 0,112 0,469
gelo 0,500 2,093
hélio 1,250 5,233
2.2- Recordação da termodinâmica
(cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 31
hélio 1,250 5,233
hidrogênio 3,400 14,232
latão 0,092 0,385
madeira 0,420 1,758
mercúrio 0,033 0,138
nitrogênio 0,250 1,047
ouro 0,032 0,134
oxigênio 0,220 0,921
prata 0,056 0,234
rochas 0,210 0,879
vidro 0,160 0,670
zinco 0,093 0,389
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− É uma grandeza física que mede a capacidade de uma substância em conduzir o 
calor.
− Permite distinguir os bons dos maus condutores de calor, ex. os metais são bons 
condutores de calor e a madeira não. 
− Pode ser definida como a energia transferida sob a forma de calor e por segundo, 
através de uma superfície com 1 m2 de área e 1 m de espessura, quando a 
diferença de temperaturas entre as duas faces dessa superfície é de 1 K.
− No Sistema Internacional (SI), a unidade empregada é o watt por metro e por kelvin 
� Condutividade térmica (k)
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 32
− No Sistema Internacional (SI), a unidade empregada é o watt por metro e por kelvin 
(W/(mK)).
− Quanto maior for a condutividade térmica de um material, melhor condutor ele é.
− A quantidade de energia transferida, sob a forma de calor (Q), por um material, num 
dado intervalo de tempo (∆t) pode ser dada pela seguinte expressão:
Onde:
k => condutividade térmica do material
A => área do material
T=> Temperatura superior – T inferior
L=> espessura do material
Q/∆t = k.A. ∆T / L
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− É uma grandeza física que indica o nível de energia por unidade de massa em que 
se encontra a substância devido a sua energia interna e a sua pressão.
− É a energia que fica armazenada nas substâncias (energia interna), a espera que 
sofra alguma transformação para que seja alterada ou liberada. 
− A unidade no SI é o kJ/kg.
� Entalpia específica (h)
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 33
− A entalpia de um fluido refrigerante numa dada pressão pode ser do líquido 
saturado (hlíquido), do vapor saturado (hvapor) e da entalpia de mudaça de fase ou de 
vaporização (hlv).
− Durante a mudança de fase, temos o calor latente de fusão (Lfusão) e o calor latente 
de vaporização (Lvapor)
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� Entalpia específica (cont.)
T (ºC) P (kPa) hliquido
(kJ/kg)
hvapor
(kJ/kg)
hlv 
(kJ/kg)
-10 201,7 186,72 392,28 205,56
40 1017,1 256,53 419,82 163,28
ÁGUA
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 34
Substância Lfusão Lvaporização
Água (SI) 334,88 
kJ/kg
2260 kJ/kg
Água 80kcal/
kg
540 kcal/kg
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− É a medida das trocas de energia de um sistema com o meio. 
− A entropia de um sistema é a medida de seu grau de desorganização.
− Em qualquer processo natural, a entropia do sistema sempre aumenta. 
− A unidade no SI é o kJ/(kg.K).
� Entropia específica (s)
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 35
− O termo entropia se originou a partir do grego entropêe, que significa “em 
mudança”. 
∆S = ∆E / T
∆S = ∆Q / T
s = S / massa
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− Processo reversível: é aquele em que o sistema pode, espontaneamente, 
retornar à situação (ou estado) original.
− Processo irreversível: é aquele cujo sistema não pode, espontaneamente, 
retornar ao estado original.
− Em processos reversíveis não há aumento de entropia (∆S = 0).
� Entropia específica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 36
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2.2.1- Leis da Termodinâmica
• “Se dois corpos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro, estarão 
em equilíbrio térmico entre si.“
• Quando um corpo é aquecido ou resfriado ocorrem mudanças em suas 
propriedades físicas: a maior parte dos sólidos, líquidos e gases, aumentam 
seu volume quando aquecido. 
� Lei Zero
2.2- Recordação da termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 37
seu volume quando aquecido. 
• Os corpos de maior temperatura possuem maior energia térmica. Quando 
um corpo de menor energia térmica é colocado em contato com este, a 
tendência é de que a energia térmica flua, em parte, do corpo de maior 
temperatura até o corpo de menor temperatura. Quando os dois corpos 
atingem a mesma temperatura, cessa a troca de energia. 
Lei Zero => PV = nRT
Onde (para gases perfeitos):
P : pressão do gás
V : volume do gás
T :temperatura
n : número de moles do gás
R :constante igual a 8,3149 J/kg.mol.K.
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2.2.1- Leis da Termodinâmica (cont.)
• “A energia total transferida para um sistema é igual à variação de 
sua energia interna, ou seja, em todo processo natural, a energia do 
universo se conserva sendo que a energia do sistema quando 
isolado é constante”.
• Lei da conservação da energia, o calor recebido por um sistema é 
igual à soma entre a variação da energia interna do sistema e o 
trabalho efetuado pelo sistema.
� Primeira Lei
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 38
trabalho efetuado pelo sistema.
Onde:
∆U : variação da energia interna do sistema
Q : calor fornecido
W : trabalho realizado pelo sistema
1ª Lei => ∆U = Q - W
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• “Se um processo irreversível ocorre num sistema fechado, a 
entropia S do sistema sempre aumenta, ela nunca diminui”.
• A variação de entropia de um sistema isolado é sempre positiva ou 
nula.
• Em processos reversíveis não há aumento de entropia (∆S = 0).
• O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de 
� Segunda Lei
2.2.1- Leis da Termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 39
temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais alta 
(Clausius).
• O sentido natural do fluxo de calor é da temperatura mais alta para 
a mais baixa, e que para que o fluxo seja inverso é necessário que 
um agente externo realize um trabalho sobre este sistema.
• É impossível a construção de uma máquina que, operando em um 
ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido 
em trabalho (Kelvin-Planck).2ª Lei =>∆S ≥ 0
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Segunda Lei
2.2.1- Leis da Termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 40
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• “É impossível reduzir qualquer sistema à temperatura do zero 
absoluto mediante um número finito de operações” (Nernst). 
• A entropia de todos os corpos tende a zero quando a temperatura 
tende ao zero absoluto (zero Kelvin).
� Terceira Lei
2.2.1- Leis da Termodinâmica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 41
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2.2.2 - Trocas de calor
• Calor sensível => o calor aplicado altera apenas a temperatura.
• Calor latente => o calor aplicado promove uma mudança de estado 
físico da matéria, uma mudança de fase.
100
120
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 42
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Q (kcal)
T
 
(
º
C
)
S
e
n
s
í
v
e
l
Latente Sensível
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
2.2.2 - Trocas de calor (cont.)
Exemplo: Calcular a quantidade de calor necessária par aquecer uma 
massa de 1 Kg de gelo de -20ºC até 100ºC.
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 43
CALOR 
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Qtotal = [(m.csólido.∆T1) + (m.Lfusão) + (m.clíquido.∆T2)]
Qtotal = [(1. 0,5. 20) + (1.80) + (1. 1. 100)]
Qtotal = 10 + 80 +100 = 190 kcal
Qtotal = 190 . 4,186 = 795,34 kJ
Qtotal = 190 kcal = 795,34 kJ
T (ºC)
Q 
(kcal)
-20 0
0 10
0 90
100 190
2.2.2 - Trocas de calor (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 44
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Q (kcal)
T
 
(
º
C
)
S
e
n
s
í
v
e
l
Latente Sensível
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Exercício 2.2.2- Calcular a quantidade de calor (kcal) 
necessária para o aquecimento de 25 Kg de gelo a – 40ºC 
até vapor a 100 ºC (pressão 1 atm).
2.2.2 - Trocas de calor (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 45
CALOR 
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
Exercício 2.2.2- SOLUÇÃO
Calcular a quantidade de calor (kcal) necessária para o 
aquecimento de 25 Kg de gelo a – 40ºC
até vapor a 100 ºC (pressão 1 atm).
Q1 => Gelo de -40ºC a 0 ºC
Q2 => Fusão do gelo a 0 ºC
Q3 => Aquecimento até 100 ºC
2.2.2 - Trocas de calor (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 46
Q3 => Aquecimento até 100 ºC
Q4 => Vaporização a 100 ºC
Q1 = m.cgelo.∆T1 = 25x0,5x40 = 200 kcal
Q2 = m.Lfusão = 25x80 = 2000 kcal
Q3 = m.clíquido.∆T2 = 25x1x100 = 2500 kcal
Q4 = m.Lvaporização = 25x540 = 13500 kcal
Qtotal = Q1+Q2+Q3+Q4 = 200+2000+2500+13500
Qtotal = 18.200 kcal 
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
É um sistema térmico que continuamente transfere 
energia térmica (calor) de uma região de baixa 
temperatura para outra em alta temperatura. Como 
este fluxo contraria a tendência natural do calor, só é 
possível absorvendo trabalho externo.
2- CICLOS DE REFRIGERAÇÃO (cont.)
2.3- Definição
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 47
Fluxo natural 
de calor
MEIO QUENTE MEIO FRIO
Fluxo dissipado 
de calor
Fluxo artificial 
de calor
Trabalho 
externo
Ciclo de 
refrigeração
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
2.4- Tipos de ciclos de refrigeração
�Ciclo de carnot reverso 
�Ciclo por compressão de vapor
�Ciclo multi-estágios
�Ciclo por absorção
�Ciclo termo-elétrico
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 48
Equipamento 
de Refrigeração
Calor que 
entra
Calor que 
sai
Trabalho 
que entra
Qe Qs
We
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
2.5 - Ciclo de carnot reverso 
É composto por 4 processos reversíveis (dSi = 0), que são:
� 1-2: Compressão adiabática isentrópica com 
entrada de trabalho We
� 2-3: Compressão isotérmica com saída de calor Qs
� 3-4: Expansão adiabática isentrópica com saída de 
trabalho Ws
� 4-1: Expansão isotérmica com entrada de calor Qe
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 49
� 4-1: Expansão isotérmica com entrada de calor Qe
Onde:
Qe => Calor que entra
Qs => Calor que sai
∆S => Variação de entropia do ciclo
Tq => Temperatura quente
Tf => Temperatura fria
We => Entrada de trabalho
Ws => Saída de trabalho
A
B
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
2.5 - Ciclo de carnot reverso (cont.) 
1ª Lei da Termodinâmica: 
Lei da Conservação da Energia, em um sistema térmico em 
regime estacionário, o somatório de energias que entram é 
igual ao somatório de energias que saem.
Aplicando a 1ª Lei da Termodinâmica ao ciclo tem-se:
Qe + We = Qs + Ws
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 50
Qe + We = Qs + Ws
We – Ws = WL = Qs – Qe
COPR = Qe / WL = Qe / (Qs-Qe)
COPA = Qs / WL = Qs / (Qs-Qe)
Onde:
Qe => Calor que entra
Qs => Calor que sai
We => Entrada de trabalho
Ws => Saída de trabalho
WL => Trabalho líquido do ciclo
COP => Coeficiente de Performance
COP = Efeito Útil / Energia Gasta = EU / EG
COPR => Coeficiente de Performance de Refrigeração
COPA => Coeficiente de Performance de Aquecimento
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
dSr = dQ/T
dQ = T x dSr
∫dQ = T x ∫dSr => Q = T x ∆S
Qe = Tf + x ∆S = Área B
Qs = Tq x ∆S = Área A+B
WL = Qs – Qe = (Tq – Tf).∆S = Área A
2.5 - Ciclo de carnot reverso (cont.) 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 51
WL = Qs – Qe = (Tq – Tf).∆S = Área A
COPCR= Qe / WL = Tf x ∆S / [(Tq-Tf).∆S] = Tf / (Tq-Tf)
COPCA= Qs / WL = Tq x ∆S / [(Tq-Tf).∆S] = Tq / (Tq-Tf)
Assim:
COPCR= Tf / (Tq-Tf) e COPCA= Tq / (Tq-Tf) 
Podemos ver que o COPC do ciclo de Carnot depende somente das 
temperaturas de trabalho do ciclo, em Kelvin
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
2.6 - Refrigeração por compressão de vapor
• A maioria dos refrigeradores utiliza a compressão mecânica de vapor. 
• Utiliza fluido refrigerante na tubulação que interliga o compressor, 
evaporador, condensador e o dispositivo de expansão.
• O fluido refrigerante circula em um circuito fechado, sofre transformações 
termodinâmicas,havendo trocas de calor e trabalho. 
• O fluido refrigerante entra no evaporador a baixa pressão, na forma de 
mistura de líquido mais vapor, e retira energia do meio interno refrigerado 
enquanto vaporiza-se e passa para o estado de vapor. 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 52
enquanto vaporiza-se e passa para o estado de vapor. 
• O vapor entra no compressor, onde é comprimido e bombeado, tornando-
se vapor superaquecido e deslocando-se para o condensador.
• O condensador tem a função de liberar a energia retirada do meio interno 
refrigerado e resultante do trabalho de compressão para o meio exterior. 
• O fluido, após liberar sua energia, passa do estado de vapor superaquecido 
para liquido (condensa) e, finalmente, entra no dispositivo de expansão, 
onde tem sua pressão reduzida para, novamente passar no evaporador e 
repetir-se, assim, o ciclo. 
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
2.6 - Refrigeração por compressão de vapor (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 53
Câmara frigorífica
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
2.6 - Refrigeração por compressão de vapor (cont.)
Diagrama Pressão X Entalpia de um Refrigerante
C
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 54
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
P
a
)
2.6.1- Ciclo teórico
Refrigeração econforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 55
Componente Transformações do 
fluido refrigerante
Evaporador Vaporização a baixa 
pressão
Compressor Compressão
Condensador Condensação a 
pressão elevada
Dispositivo de 
expansão
Expansão
1-2 => Compressão
2-3 => Condensação
3-4 => Expansão
4-1 => Vaporização
Entalpia específica 
(kJ/Kg)
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
P
a
)
Processo 1→2: Ocorre no compressor, sendo
um processo adiabático reversível e, portanto,
isentrópico. O refrigerante entra no compressor
à pressão do evaporador (Pe) e com título igual
a 1 (x =1). O refrigerante é então comprimido
até atingir a pressão de condensação (Pc) e, ao
sair do compressor está superaquecido à
temperatura T2, que é maior que a temperatura
de condensação TC.
2.6.1- Ciclo teórico (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 56
Entalpia específica 
(kJ/Kg)
1-2 => Compressão
2-3 => Condensação
3-4 => Expansão
4-1 => Vaporização
Processo 2→3: Ocorre no condensador, sendo
um processo de rejeição de calor, do
refrigerante para o meio de resfriamento, à
pressão constante. Neste processo o fluido
frigorífico é resfriado da temperatura T2 até a
temperatura de condensação TC e, a seguir,
condensado até se tornar líquido saturado na
temperatura T3, que é igual à temperatura TC.
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
P
a
)Processo 3→4: Ocorre no dispositivo de
expansão, sendo uma expansão irreversível a
entalpia constante (processo isentálpico),
desde a pressão Pc e líquido saturado (x=0),
até a pressão de vaporização (Po). Observe
que o processo é irreversível e, portanto, a
entropia do refrigerante na saída do dispositivo
de expansão (s4) será maior que a entropia do
refrigerante na sua entrada (s3).
2.6.1- Ciclo teórico (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 57
Entalpia específica 
(kJ/Kg)
1-2 => Compressão
2-3 => Condensação
3-4 => Expansão
4-1 => Vaporização
refrigerante na sua entrada (s3).
Processo 4→1: Ocorre no evaporador, sendo
um processo de transferência de calor a
pressão constante (Po), conseqüentemente a
temperatura constante (To), desde vapor úmido
(estado 4), até atingir o estado de vapor
saturado seco (x=1). Observe que o calor
transferido ao refrigerante no evaporador não
modifica a temperatura do refrigerante, mas
somente muda sua qualidade (título).
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
� Existe queda de pressão nas 
linhas de descarga, líquido e 
de sucção assim como no 
condensador e no evaporador.
� O processo de compressão, 
que no ciclo real é politrópico 
• Diferenças entre o ciclo real e 
o teórico: 
2.6.1- Ciclo teórico (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 58
que no ciclo real é politrópico 
(s1 ≠ s2), e no processo 
teórico é isentrópico.
� As diferenças entre ciclo real e 
teórico ocasionam redução no 
rendimento COP do ciclo real.
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
2.6.2- Parâmetros importantes
Símbolo Definição Fórmula Unidade
Qe’ Potência de 
Refrigeração
Qe’ = m’.(h1-h4) kW
Wc’ Potência de 
Compressão
Wc’ = m’.(h2-h1) kW
COP Coeficiente de 
Performance
COP = Qe’ / Wc’ SEM
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 59
Performance
1-2 => Compressão
2-3 => Condensação
3-4 => Expansão
4-1 => Vaporização
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
P
a
)
Entalpia específica 
(kJ/Kg)
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
Ex 2.6.1- Um ciclo padrão de compressão a vapor trabalha com 
um refrigerante tendo h1 = 200 kJ/kg , h2 = 250 kJ/kg, h4 = 25 
kJ/kg., calcule:
a) Coeficiente de performance COP.
b) Sabendo que a vazão de refrigerante é de 2 kg/s, determine a 
potência do compressor.
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
P
a
)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 60
1-2 => Compressão
2-3 => Condensação
3-4 => Expansão
4-1 => Vaporização
P
r
e
s
s
ã
o
 
(
k
P
a
)
Entalpia específica 
(kJ/Kg)
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
Ex 2.6.1- Um ciclo padrão de compressão a vapor trabalha com um 
refrigerante tendo h1= 200 kJ/kg , h2 =250 kJ/kg, h4= 25 kJ/kg, calcule:
a) Coeficiente de performance COP.
b) Sabendo que a vazão de refrigerante é de 2 kg/s, determine a potência 
do compressor.
SOLUÇÃO
a) COP = m’ (h1-h4) / m’ (h2-h1) = (200-25) / (250-200)
COP = 3,5
COP = 3,5
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 61
b) Wc’ = m’ (h2-h1) = 2. (250-200)
Wc’ = 100 kJ/s = 100 kW
COP = 3,5
Wc’ = 100 kW
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
Ex 2.6.2- Um ciclo padrão de compressão a vapor trabalha com 
uma potência do compressor sendo de 120 kW, um coeficiente de 
performance COP= 3,75, h2 = 280 kJ/kg e h4 = 20 kJ/kg, calcule:
a) Potência de Refrigeração
b) Vazão de refrigerante
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 62
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
Ex 2.6.2- Um ciclo padrão de compressão a vapor trabalha com uma 
potência do compressor sendo de 120 kW, um coeficiente de performance 
COP= 3,75, h2 = 280 kJ/kg e h4 = 20 kJ/kg, calcule:
a) Potência de Refrigeração
b) Vazão de refrigerante
a) COP = Qe’ / Wc’ = 3,75
Qe’ = 3,75 . 120 = 450 kW Qe’ = 450 kW
SOLUÇÃO
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 63
b) Qe’ = m’.(h1-h4) = 450 = m’.(h1-20)
h1 = 450/m’+20
Wc’ = 120 = m’.(h2-h1)
m’ = 120 / (280-h1), substituindo h1, temos:
m’ = 120/ (280- 450/m’+ 20)
m’ . (280-450/m’ + 20) = 120
300m’ – 450 = 120
m’ = (450 +120) / 300 = 570/300
m’ = 1,9 kg/s
m’ = 1,9 kg/s
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
2.6.3- Definições importantes 
• A transformação adiabática é aquela em que não há trocas de energia térmica entre 
o sistema e o meio exterior. Embora o gás não estabeleça trocas de energia térmica 
com o sistema externo, durante o processo, a pressão, o volume, a temperatura e a 
energia interna do gás variam, não permanecendo nenhuma dessas grandezas 
constante.
• Quando um gás se dilata adiabaticamente, como qualquer outra expansão, ele efetua 
trabalho externo, sendo necessária energia para efetuá-lo. Nesse processo 
isotérmico, o gás tem que absorver energia térmica de uma fonte externa para 
� Adiabático (sem troca de energia)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 64
isotérmico, o gás tem que absorver energia térmica de uma fonte externa para 
efetuar trabalho. Se no processo adiabático não há essa troca de energia de uma 
fonte externa, o próprio gás deve realizar trabalho às custas de sua própria energia. 
• Uma expansão adiabática sempre vem acompanhada por uma diminuição da 
temperatura do gás, devido ao simples fato de que este necessita utilizar parte de 
sua energia interna para a realização deste trabalho.
• Quando o gás é comprimido adiabaticamente o trabalho é efetuado no gás por um 
agente externo. A energia do gás é aumentada numa quantidade igual à quantidade 
de trabalho efetuado e, dado que não é cedida energia térmica pelo gás para o 
sistema externo durante a compressão, assim, a energia interna, adquirida pelo 
trabalho realizado sobre o gás, é acumulada como forma do aumento de temperatura 
do gás.
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
• A energia interna U se transforma em trabalho 
diretamente: U = Q – W, mas temos que Q = 0, já 
que o gás não recebe nem cede energia térmica 
do/para o ambiente externo, então:U = -W.
• Com a perda de energia interna, há a realização do 
trabalho (aumento de volume) pelo gás e a 
diminuição de temperatura do mesmo.Em 
contrapartida se diminuirmos o volume, 
aumentarmos a energia interna do gás e 
� Adiabático (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 65
aumentarmos a energia interna do gás e 
consequentemente a temperatura. Esse é o 
princípio básico do Ciclo de Brayton e explica o 
funcionamento das turbinas a gás.
• A curva que representa o processo adiabático 
aparece no gráfico.
• Com cuidado pode-se observar que essa curva está 
entre as transformações isotermas T1 e T2. Assim 
como nos demais diagramas pV, a área debaixo da 
função representa o trabalho do processo.
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
• A transformação isotérmica é aquela em que, 
num processo termodinâmico de um gás ideal, 
a temperatura permanece constante durante o 
processo.
• iso (igual) + thermo (temperatura).
• Essa transformação também recebe o nome 
� Isotérmico (temperatura constante)
2.6.3- Definições importantes (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 66
de Lei de Boyle-Mariotte. 
• Boyle em 1660, químico irlandês, um dos 
primeiros cientistas a estabelecer uma 
diferenciação entre a química e a alquimia, 
enunciou a lei, segundo a qual, para 
determinada amostra de gás, o produto da 
pressão pelo volume ocupado pelo gás é 
constante quando a temperatura não varia. Em 
1676 Mariotte, um físico francês, descobriu de 
forma independente a mesma lei. Por isso ela 
é chamada hoje de lei de Boyle-Mariotte.
p . V = constante
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
• A transformação isobárica é aquela em que, num processo 
termodinâmico de um gás ideal, a pressão permanece 
constante durante o processo.
• iso (igual) + bárica (pressão)
• Essa transformação também recebe o nome de Lei de Charles 
e Gay-Lussac. 
• No século XVIII, o físico francês Jacques Alexandre César 
Charles descobriu essa relação entre volume e temperatura. 
� Isobárico (pressão constante)
2.6.3- Definições importantes (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 67
Charles descobriu essa relação entre volume e temperatura. 
Seu interesse surgiu a partir da prática do balonismo, sendo um 
dos primeiros a atingir a temperatura de 3000 m num balão de 
hidrogênio. Em 1787 formula a lei da proporção direta entre o 
volume e a temperatura de um gás a pressão constante. 
• Essas conclusões foram comprovadas experimentalmente por 
Joseph Louis Gay-Lussac no início do século XIX, sendo então 
oficialmente publicada.
• Em síntese, a lei pode ser enunciada como:
"Quando a pressão de uma amostra de gás permanece 
constante, a sua temperatura é diretamente proporcional ao 
seu volume." V / T = constante
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
• A transformação isocórica é aquela em que, num 
processo termodinâmico de um gás ideal, o 
volume permanece constante durante o processo.
• iso (igual) + córica (volume)
• Essa transformação também recebe o nome de Lei 
de Charles.
• A lei pode ser enunciada como:
� Isocórico (volume constante)
2.6.3- Definições importantes (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 68
• A lei pode ser enunciada como:
"Com volume constante, a pressão de uma 
determinada massa de gás é diretamente 
proporcional a sua temperatura absoluta, ou 
seja, a razão entre pressão e temperatura é
uma constante."
• Ao volume constante, sendo a pressão do gás p e 
a sua temperatura T, essa relação pode ser 
expressa matematicamente por:
p / T = constante
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
� Líquido Saturado: Se uma substância se encontra como líquido à 
temperatura e pressão de saturação, diz-se que ela está no estado de 
líquido saturado.
� Líquido Sub-resfriado: Se a temperatura do líquido é menor que a 
temperatura de saturação, para a pressão existente, o líquido é chamado 
de líquido sub-resfriado (significa que a temperatura é mais baixa que a 
temperatura de saturação para a pressão dada), ou líquido comprimido, 
(significando ser a pressão maior que a pressão de saturação para a 
temperatura dada).
2.6.3- Definições importantes (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 69
x = mv / (mv + mliq)
x = mv / mtotal
temperatura dada).
� Título (x): Quando uma substância se encontra parte líquida e 
parte vapor, na temperatura de saturação (isto ocorre, em 
particular, nos sistemas de refrigeração, no condensador e no 
evaporador), a relação entre a massa de vapor e a massa total, 
isto é, massa de líquido mais a massa de vapor, é chamada de 
título (x). 
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
FIM
Parte 1
Continua...
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 70
Continua...