Refrigeração CA parte2

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REFRIGERAÇÃO E CONFORTO AMBIENTAL (Parte-2)
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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 diversos
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 2
6. Psicrometria
7. Introdução ao conforto ambiental
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3.0- COMPRESSORES, CONDENSADORES, 
EVAPORADORES, DISPOSITIVOS DE EXPANSÃO
3.1 Sistemas de refrigeração
• São sistemas empregados para fins domésticos (freezers e geladeiras), 
comerciais (supermercados, açougues, sorveterias, etc.) ou industriais 
(fábricas de gelo, indústrias químicas, petrolífera, laticínios, bebidas, carnes, 
peixes, aves, etc.)
• Podem ser classificados como:
� Refrigerador doméstico (faixa -18ºC a -8ºC e +2ºC a +7ºC)
� Balcão frigorífico (faixa -20ºC a +5ºC, conforme especificação da 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 3
• Componentes principais:
� Dispositivo de expansão 
� Condensador 
� Balcão frigorífico (faixa -20ºC a +5ºC, conforme especificação da 
ANVISA)
� Câmara frigorífica de resfriados (faixa de 0ºC a +5ºC)
� Câmara frigorífica de congelados (faixa de -20ºC a -5ºC)
� Refrigeração industrial (faixa de -35ºC a -5ºC)
� Compressor
� Evaporador
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3.1 Sistemas de refrigeração (cont.)
Balcão frigorífico
Congelador
Condensador
Evaporador
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Refrigerador doméstico Refrigerador industrial
Compressor
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3.1 Sistemas de refrigeração (cont.)
• Os principais processos utilizados para produzir a refrigeração são:
� Compressão mecânica de vapor
� Absorção de vapor
� Termoelétrica.
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Câmara frigorífica
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3.2- Compressores
• A função dos compressores nos sistemas de refrigeração é:
� Aspirar o fluido refrigerante em estado de vapor à baixa pressão.
� Aumentar a pressão do refrigerante.
� Descarregar o refrigerante no condensador onde será liquefeito ao rejeitar 
calor para o fluido de resfriamento.
• Os compressores podem ser do tipo volumétrico ou dinâmico.
• Nos compressores volumétricos a compressão acontece pela redução de volume 
do refrigerante.
• Os principais compressores volumétricos são:
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 6
• Os principais compressores volumétricos são:
• Os compressores dinâmicos aumentam a pressão do refrigerante pela transferência 
contínua de momento angular de um rotor para o vapor, convertendo posteriormente 
esse momento em aumento de pressão.
• Os principais compressores dinâmicos são:
� Alternativos.
� Rotativos.
� Parafusos.
� Centrífugo ou radial.
� Scroll (caracol).
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3.2.1- Compressores alternativos
• O nome é devido ao movimento alternativo do pistão.
• O acionamento dos compressores pode ser direto, quando o 
motor está ligado diretamente ao compressor, ou indireto, 
onde a ligação do motor com o compressor é feita através do 
sistema polia-correia.
• A refrigeração dos compressores pode ser pelo ar (aletado), 
água ou óleo.
• Quanto ao tipo de construção, os compressores podem ser:
� Hermético => motor e Refrigeração 
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� Hermético => motor e 
compressor estão alojados na 
mesma carcaça, sem acesso.
� Semi-hermético => motor e 
compressor estão alojados na 
mesma carcaça, com acesso.
� Aberto => motor e compressor 
estão separados.
Sucção
Refrigeração 
de óleo
Descarga
Relé e protetor 
térmico
Compressor hermético
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� EXPANSÃO A-B: No ponto A, o pistão encontra-se no PMS (ponto morto 
superior) de seu curso. O giro do eixo de manivelas inicia o movimento 
descendente do pistão. As válvulas de sucção e de descarga estão 
fechadas. À medida que o volume no interior do cilindro aumenta a 
pressão é reduzida, até atingir o ponto B.
� ASPIRAÇÃO B-C: No ponto B, a pressão no interior do cilindro é um 
pouco inferior à pressão da câmara de aspiração; a válvula de sucção se 
abre por diferença de pressão e o vapor penetra no cilindro até que o 
3.2.1- Compressores alternativos (cont.)
• O ciclo de trabalho de um compressor é formado pelos processos de 
expansão, aspiração (sucção), compressão e descarga.
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 8
abre por diferença de pressão e o vapor penetra no cilindro até que o 
pistão atinge o ponto C. Durante a aspiração o volume no interior do 
cilindro aumenta e a pressão se mantém constante.
� COMPRESSÃO C-D: No ponto C, o pistão está no PMI (ponto morto 
inferior) de seu curso. O giro do eixo de manivelas inicia o movimento 
ascendente do pistão. As válvulas de sucção e descarga estão fechadas. 
A redução do volume no interior do cilindro provoca um aumento de 
pressão até que o pistão atinge o ponto D.
� DESCARGA D-A: No ponto D, a diferença de pressão provoca a abertura 
da válvula e o vapor é descarregado na câmara de descarga. Durante a 
descarga o volume no cilindro diminui e a pressão permanece constante 
até que o pistão alcança o ponto A, para reiniciar o ciclo. Ao final do ciclo 
o eixo de manivelas executou uma rotação completa.
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3.2.1- Compressores alternativos (cont.)
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3.2.1- Compressores alternativos (cont.)
• Deslocamento volumétrico (DV)
DV = π.D2/4 .L. N.n (m3/s)
• Onde:
� D => diâmetro do cilindro (m)
� L => curso do pistão (m)
� N => nº de rotações por segundo (rps)
� n => nº de cilindros
D
L
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• Fluxo da massa deslocada m’
m’ = DV . ρ (kg/s) 
• Onde:
ρ => densidade absoluta ( kg/m3) 
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3.2.1- Compressores alternativos (cont.)
Exercício 3.3.1: Calcule o fluxo de massa deslocada de um 
fluido refrigerante (densidade absoluta de 3,6 kg/m3) por um 
compressor alternativo de uma instalação de refrigeração, 
com diâmetro do cilindro de 120 mm, curso do pistão de 82 
mm, com uma rotação de 900 RPM. 
N = 900 / 60 = 15 rps
DV = π.D2/4 .L. N.n = 3,1416 . 0,122/4 . 0,082 . 15 . 4
DV = 0,0556 m3/s 
m’ = DV . ρ = 0,0556 . 3,6
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m’ = DV . ρ = 0,0556 . 3,6
m’ = 0,200 kg/s
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• São também chamados de compressores de palheta.
• Existem dois tipos básicos de compressores de palhetas: o de 
palhetas simples e o de múltiplas palhetas.
• No compressor de palheta simples, a linha de centro do eixo de 
acionamento coincide com a do cilindro mas é excêntrica com 
relação ao rotor. De modo que este compressor apresenta um 
divisor atuado por mola, dividindo as câmaras de aspiração e 
descarga.
• No compressor de múltiplas palhetas o rotor gira em torno do seu 
3.2.2- Compressores rotativos
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• No compressor de múltiplas palhetas o rotor gira em torno do seu 
próprio eixo, que não coincide com o do cilindro. O rotor é provido 
de palhetas que se mantém permanentemente em contato com a 
superfície do cilindro pela força centrífuga.
• Nestescompressores não há necessidade de válvulas de aspiração.
• São utilizados principalmente em geladeiras, congeladores, 
condicionadores de ar, competindo com os compressores 
alternativos.
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3.2.2- Compressores rotativos (cont.)
Compressor de palheta simples
Rotor com as palhetas
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Compressor de palhetas múltiplas
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• Os compressores de parafuso podem ser classificados como de parafuso 
simples e duplo. 
• Os compressores de parafuso duplo são mais amplamente utilizados que os 
simples, devido a sua eficiência isentrópica ligeiramente maior, em torno de 
3 a 4%.
• O rotor macho aciona o rotor fêmea, o qual fica alojado em uma carcaça 
estacionária. 
• O refrigerante entra pela parte superior em uma das extremidades e sai pela 
parte inferior da outra extremidade.
3.2.3- Compressores de parafuso
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• Quando o espaço entre os ressaltos passa pela entrada, a cavidade é 
preenchida pelo refrigerante, na medida em que rotação continua o 
refrigerante retido na cavidade move-se, circulando pela carcaça do 
compressor, até encontrar um ressalto do rotor macho, que começa a se 
encaixar na cavidade do rotor fêmea, reduzindo o volume da cavidade e 
comprimindo o gás. 
• Ao atingir o orifício de saída ocorre a descarga devido ao encaixe do 
ressalto na cavidade. 
• Com a finalidade de lubrificação e vedação, óleo é adicionado ao sistema, 
assim, em sistemas operando com compressores parafuso, torna-se 
necessário à instalação de um separador de óleo.
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3.2.3- Compressores de parafuso (cont.)
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Admissão
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• Os compressores centrífugos foram introduzidos em instalações frigoríficas 
por Willis Carrier em 1920, sendo amplamente utilizados em sistemas de 
grande porte. 
• Seu princípio de funcionamento é semelhante ao de uma bomba centrífuga, o 
refrigerante entra pela abertura central do rotor e, devido à ação da força 
centrífuga, ganha energia cinética à medida que é deslocado para a periferia. 
• Ao atingir as pás do difusor ou a voluta, parte de sua energia cinética é 
transformada em pressão. 
• Em situações onde são necessárias altas razões de pressão podem-se utilizar 
compressores de múltiplos estágios. 
3.2.4- Compressores centrífugos
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compressores de múltiplos estágios. 
• Vantagens em relação ao compressor alternativo:
� Menor peso
� Mais compacto
� Menos vibração
� Menor desgaste (somente os mancais)
� Baixo custo de manutenção
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3.2.4- Compressores centrífugos (cont.)
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• O compressor Scroll foi inventado em 1905 pelo engenheiro francês Léon 
Creux. 
• Na época, a tecnologia disponível não era avançada o suficiente para 
permitir a fabricação de um protótipo, devido a, principalmente, problemas 
de vedação. 
• Para um funcionamento efetivo, o compressor Scroll requer tolerâncias de 
fabricação muito pequenas, que foram atendidas apenas a partir da 
segunda metade do século 20, com desenvolvimento de novas tecnologias 
de máquinas operatrizes e processos de manufatura.
3.2.5- Compressores Scroll (Caracol)
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• Para realizar o trabalho de compressão, o compressor Scroll possui duas 
peças em forma de espiral encaixadas face a face uma sobre a outra. 
• A espiral superior é fixa e apresenta uma abertura para a saída do gás. A 
espiral inferior é móvel, acionada por um motor com eixo excêntrico. 
• A sucção do gás ocorre na extremidade do conjunto de espirais e a 
descarga ocorre através da abertura da espiral fixa. 
• A espiral superior possui selos que deslizam sobre a espiral inferior 
atuando de maneira semelhante aos anéis do pistão de um compressor 
alternativo, garantindo a vedação do gás entre as superfícies de contato 
das espirais.
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1) Durante a fase de sucção o 
gás entra pela lateral da 
espiral.
2) As superfícies das espirais 
na periferia se encontram 
formando bolsas de gás.
3) Na fase de compressão, o 
volume da bolsa de gás é 
progressivamente reduzido, e 
o gás caminha para o centro 
Caracol 
fixo
Caracol 
móvel
Sucção
Descarga
Sucção
3.2.5- Compressores Scroll (cont.)
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o gás caminha para o centro 
das espirais.
4) O volume da bolsa de gás é 
reduzido ainda mais, o gás 
caminha para o centro e a 
compressão continua.
5) Na fase de descarga, o 
volume na parte central das 
espirais é reduzido a zero, 
forçando o gás a sair pela 
abertura de descarga.
móvel
Baixa pressão
Alta pressão
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3.2.5- Compressores Scroll (cont.)
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Eccentric 
shaft
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3.3- Condensadores
• Os condensadores são utilizados no ciclo de refrigeração para proporcionar a 
transferência de calor entre o refrigerante que condensa (muda de fase de vapor 
para líquido) e um fluido de resfriamento. 
• Podem ser classificados em:
� Resfriados a ar 
� Resfriados a água 
� Evaporativos (combinação de ar e água como fluidos de 
resfriamento).
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 21
• O refrigerante condensa dentro dos tubos e a corrente de ar que o 
resfria cruza transversalmente o banco de tubos em contato com a 
superfície externa dos mesmos. 
• Como o coeficiente de transferência de calor é muito maior no lado do 
refrigerante são usadas aletas no lado do ar para aumentar a área de 
transferência de calor. 
• O fluxo de ar é fornecido por um ventilador axial ou um radial.
• Em refrigeradores domésticos o movimento do ar ocorre por convecção 
natural.
3.3.1- Condensadores resfriados a ar
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3.3.1- Condensadores resfriados a ar (cont.)
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Compressor aberto Compressor hermético
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• Nesse caso, o fluido de resfriamento é a água, ou seja, o refrigerante 
rejeita calor para a água que escoa através do condensador. 
• Podem ser de três tipos: casco−tubos, casco−serpentina e tubos 
concêntricos.
• Condensador de casco-tubos: o vapor refrigerante penetra por uma 
abertura no topo do casco e condensa na superfície externa dos tubos 
por dentro dos quais escoa água. O condensado é drenado no fundo do 
casco para o tanque de líquido refrigerante. A água penetra nos tubos 
numa das extremidades do condensador e passa uma ou mais vezes 
3.3.2- Condensadores resfriados a água
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 23
numa das extremidades do condensador e passa uma ou mais vezes 
por toda a extensão dos tubos. Os condensadores de casco−tubos são 
construídos com capacidade de 3 a 35.000 kW.
• Condensador de casco−serpentina: a água escoa por dentro dos 
tubos em forma de espiral e o refrigerante condensa na superfície 
externa dos tubos no interior do casco. O refrigerante condensado 
acumula−se no fundo do casco, de onde é drenado, de modo que um 
visor é posicionado para verificar o nível de líquido. São construídos 
com capacidades de 2 a 50 kW.
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3.3.2- Condensadores resfriados a água (cont.)
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Condensador de casco-tubos
Condensador de casco−serpentina
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3.3.2- Condensadores resfriados a água (cont.)
• Condensador de tubos concêntricos: um tubo passa por 
dentro do outro de modo que seus eixos coincidam e um espaço 
anular entre eles seja formado. A água passa por dentro do tubo 
mais interno e o refrigerante escoa em contracorrente no espaço 
anular entre os tubos a fim de se resfriado também pelo ar 
ambiente. São fabricados com capacidades de 1 a 180 kW.
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 25
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3.3.3- Condensador evaporativo
• Em instalações de médio e grande porte a água de resfriamento não 
pode ser simplesmente usada e descartada já que isso tornaria 
proibitivo o custo operacional da instalação e também constituiria um 
impacto ambiental.. 
• Assim, essa água deve ser reutilizada e resfriada para retornar ao 
condensador, através da torre de resfriamento.
• Na torre, a água quente vinda do condensador é colocada em contato 
direto com o ar atmosférico sendo então resfriada para retornar ao 
condensador. 
• Os fluxos de ar e água são em contracorrente e a água pode ser 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 26
resfriada até uma temperatura que é um pouco maior (geralmente 
3°C) do que a temperatura de bulbo úmido do ar atmosférico na 
entrada da torre.
• O projeto do condensador evaporativo, ou atmosférico, já incorpora 
algumas características das torres tais como o contato direto entre o 
ar e a água para o resfriamento da última. 
• Uma serpentina, dentro da qual o vapor refrigerante condensa, é 
molhada externamente por um esguicho de água provocado pelos 
bicos de aspersão sob a ação da bomba de recirculação de água. 
• A água aspergida no topo escoa por gravidade e é recolhida pela 
bacia coletora no fundo do condensador. 
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3.3.3- Condensador evaporativo (cont.)
• Um ventilador movimenta o ar que penetra por aberturas situadas um pouco acima 
do nível de água da bacia coletora e sai pelo topo. 
• Os fluxos de ar e de água atravessam a serpentina em contracorrente e a água é 
resfriada a fim de aumentar a taxa de remoção de calor do refrigerante que escoa 
por dentro dos tubos. 
• A troca de calor com a água reduz a temperatura de condensação e aumenta a 
eficiência do ciclo de refrigeração. 
• Uma válvula de bóia mantém o nível na bacia coletora já que parte da água 
aspergida evapora ou é arrastada pela corrente de ar. 
• Comparado ao condensador resfriado a ar o evaporativo necessita de menor área 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 27
• Comparado ao condensador resfriado a ar o evaporativo necessita de menor área 
superficial da serpentina e menor vazão de ar para a mesma transferência de 
calor.
• O condensador evaporativo opera em temperaturas de condensação inferiores ao 
resfriado a ar e também a água.
• Assim, a transferência de calor entre o refrigerante e a água de resfriamento e 
entre esta e o ar externo é realizada com mais eficiência num equipamento 
compacto, reduzindo o aquecimento sensível indesejável da água de resfriamento 
no circuito que liga o condensador à torre. 
• Considerando a mesma capacidade, os condensadores evaporativos são mais 
compactos (de menor tamanho físico) do que os resfriados a ar ou a água.
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3.3.3- Condensador evaporativo (cont.)
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Torre de resfriamento Condensador evaporativo
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Torre de 
resfriamento
3.3.3- Condensador evaporativo (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 29
Condensador 
evaporativo
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3.4- Evaporadores
• Os evaporadores são equipamentos que têm a função de retirar calor do meio a 
ser refrigerado diretamente pelo fluido refrigerante (sistemas de expansão direta) 
ou indiretamente através da passagem pela serpentina de água gelada (nos 
sistemas do tipo expansão indireta). 
• O sistema de expansão indireta tem como vantagem principal a centralização da 
produção do frio em uma casa de máquinas, onde está o chiller (resfriador), e a 
distribuição de água gelada através de tubulações hidráulicas. 
• Os evaporadores são construídos de aço quando trabalham com amônia, e de 
cobre, latão e alumínio para fluidos refrigerantes convencionais. 
• Os tubos do evaporador podem ser lisos ou montados com aletas internas e 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 30
• Os tubos do evaporador podem ser lisos ou montados com aletas internas e 
externas para aumentar as trocas de calor. 
• Os evaporadores podem ser utilizados para resfriamento de líquido ou de ar. 
• No caso do resfriamento de líquido os mais utilizados são os do tipo serpentina e 
casco (carraça), tubo e casco e de placas. 
• No caso do resfriamento do ar, os evaporadores podem ser principalmente do 
tipo forçadores de ar e serpentinas aletadas. 
• Atualmente, os evaporadores de placas estão sendo cada vez mais utilizados 
devido ao menor espaço ocupado e facilidade de manutenção.
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3.4- Evaporadores (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 31
Evaporadores
Tipo seco Tipo Semi-inundado Tipo inundado
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� Os evaporadores podem ser ainda do tipo seco, inundado e semi-inundado. 
• A maior parte do evaporador contém vapor refrigerante e o fluido vaporiza-se ao 
escoar através dos tubos do evaporador, deixando-o apenas como vapor. 
• A quantidade de fluido refrigerante é controlada pela válvula de expansão de 
maneira que não haja líquido na saída do evaporador e, também, mantendo aí 
um adequado grau de superaquecimento.
• Nos evaporadores do tipo tubo e carcaça observa-se que o fluido refrigerante 
troca calor sem mudar de temperatura, uma vez que o mesmo está em processo 
de vaporização. 
Tipo seco
3.4- Evaporadores (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 32
de vaporização. 
• Ao final do processo de trocas térmicas tem-se o fluido quente com temperatura 
menor do que na entrada e fluido refrigerante no estado de vapor.
• Ainda há líquido na saída do evaporador, a maior parte da carcaça contém 
refrigerante na forma líquida. 
• Com absorção de calor do meio a ser resfriado, ocorre a ebulição com formação 
de bolhas de vapor no meio do líquido. 
• As bolhas de vapor avançam pela linha, arrastando parte do líquido e vapor. 
• Só o vapor é admitido no compressor, e o líquido retorna ao evaporador junto 
com aquele proveniente do dispositivo de expansão. 
Semi-inundados
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Tipo seco
3.4- Evaporadores (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 33
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3.4- Evaporadores (cont.)
• São adotados principalmente nas instalações industriais de amônia, pois 
apresentam baixa perda de carga na sucção, baixa possibilidade de arrasto de 
sujeira e garantem a saída de vapor saturado seco. 
• Uma válvula de bóia mantém constante o nível do refrigerante no interior do 
evaporador, em outras palavras: quando parte do liquido evapora mais líquido é 
admitido pela válvula. 
• Isso resulta que o interior do evaporador fica cheio de líquido até o nível 
determinado pela bóia. 
• Ressalta-se, também, que nesse caso a água circula por dentro dos tubos, o 
Inundados
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 34
• Ressalta-se, também, que nessecaso a água circula por dentro dos tubos, o 
que inevitavelmente ocasiona o problema da incrustação. Dessa forma, deve-se 
ter acesso para limpeza da tubulação através de tampa móvel. 
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3.4- Evaporadores (cont.)
Tipo semi-inundado
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Tipo inundado
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• Têm a função de controlar a quantidade de líquido através do evaporador e de 
evitar que os vapores provenientes da evaporação sejam aspirados 
excessivamente quentes pelo compressor, ou que chegue fluido refrigerante 
no estado líquido ao compressor.
• Os dispositivos são: tubo capilar, válvula de expansão direta a pressão 
constante (válvula de expansão automática) e válvula de expansão direta e 
superaquecimento constante (válvula de expansão termostática).
3.5- Dispositivos de expansão
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 36
Tubo capilar
• É o mais simples, onde o fluido refrigerante perde pressão devido ao atrito com 
as paredes internas do tubo (diâmetro interno cerca de 0,6 mm). 
• O comprimento do tubo capilar depende do tipo de fluido utilizado e da relação 
de compressão do sistema.
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3.5- Dispositivos de expansão (cont.)
Válvula de expansão direta
• É também conhecida como válvula de expansão pressostática ou automática. 
• O elemento de comando pode ser um diafragma ou membrana, ou um fole de 
fechamento hermético com o corpo da válvula. 
• A parte superior do diafragma está submetida à ação constante da pressão 
atmosférica e a parte inferior do diafragma está submetida, ao contrário, à 
pressão interna do evaporador. 
• A abertura e o fechamento da válvula são regulados pela diferença que existe 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 37
• A abertura e o fechamento da válvula são regulados pela diferença que existe 
entre as duas pressões. 
• Quando o compressor está parado, a mola da válvula empurra o tucho na sede 
que fecha a passagem do refrigerante. 
• À medida que diminui a pressão no interior do evaporador, pela atuação do 
compressor, decresce a pressão contra a parte interna do diafragma e a mola da 
válvula obriga o tucho do diafragma, mediante o braço de manobra, a se abrir, de 
modo a manter constante a pressão de aspiração.
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3.5- Dispositivos de expansão (cont.)
Tubo capilar: enrolado na linha de
sucção para superaquecimento
adicional do fluido na entrada do
compressor.
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 38
Válvula de expansão direta
Válvula de 
expansão 
termostática
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3.5- Dispositivos de expansão (cont.)
Válvula de expansão termostática
• Difere da anterior por ser munida de um bulbo térmico, sendo mais empregada 
nas instalações comerciais e industriais devido às suas condições particulares de 
regulagem. 
• É usada para regular o fluxo do refrigerante a fim de garantir que ele evapore 
totalmente na serpentina e, ainda, para manter um superaquecimento constante 
do vapor que deixa a serpentina. 
• Deve ser instalada bem próxima do evaporador. O bulbo deve ser fixado na 
saída da serpentina por abraçadeiras em uma superfície plana e limpa para 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 39
saída da serpentina por abraçadeiras em uma superfície plana e limpa para 
evitar impulsos falsos na válvula . 
• A válvula de expansão termostática depende tanto da pressão do evaporador 
como da pressão de comando do bulbo termostático para funcionar. 
• Elevando-se a temperatura do bulbo sobe também sua pressão (Pb); diminuindo 
a pressão do evaporador (Pe ), o diafragma desce, afastando a agulha e 
resultando numa maior passagem do fluido. 
• Caso caia a temperatura do bulbo e tenha aumento na pressão do evaporador, o 
diafragma sobe, provocando um estrangulamento na passagem de líquido. 
• Essa válvula permite uma alimentação adequada do evaporador, sob todas as 
condições de carga, sem o risco de inundação do compressor.
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Válvula de 
expansão 
termostática
3.5- Dispositivos de expansão (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 40
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• Esse tipo de válvula atua mediante um sinal elétrico comandado por um pressostato, 
termostato, umidostato ou interruptor manual. 
• Pode ser normalmente aberta (NA) ou normalmente fechada (NF), sendo essa 
última mais comum. 
• Nas NA o orifício da válvula é fechado quando a bobina é energizada; na NF, ocorre 
o contrário. 
• É usada em linhas de líquido para interromper o fluxo de refrigerante nos 
evaporadores; em controle individual de temperatura quando evaporadores de 
temperaturas diferentes são alimentados por um único compressor; em linhas de 
3.6- Acessórios
Válvula solenóide
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 41
temperaturas diferentes são alimentados por um único compressor; em linhas de 
descarga entre o evaporador e o compressor para permitir o degelo por gás quente 
e em canalizações de água gelada ou salmoura.
Filtro secador
• É usado para eliminar partículas sólidas e umidade que circulam misturadas ao 
refrigerante, é instalado na linha de líquido.
• A água é indesejável (congela em 0°C) e pode obstruir o fluxo de refrigerante no 
dispositivo de expansão; além disso, sua presença viabiliza a formação de ácidos 
que corroem os componentes do sistema. 
• Um cartucho de um material higroscópico – sílica-gel – e um ligante (material 
poroso) é introduzido numa carcaça metálica cilíndrica, podendo ser descartável 
ou intercambiável. 
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3.6- Acessórios (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 42
Válvula solenóide
Filtro secador
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
• É um interruptor elétrico comandado por pressão .
• Pode ser: 
3.6- Acessórios (cont.)
Pressostato
� Alta pressão: desliga o compressor se a pressão de condensação excede 
um valor máximo fixado.
� Baixa pressão: desliga o compressor se a pressão de evaporação excede 
um valor máximo fixado.
� Alta e baixa pressão: incorpora as funções dos dois primeiros num só 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 43
� Alta e baixa pressão: incorpora as funções dos dois primeiros num só 
equipamento.
� Diferencial: desliga o compressor se a diferença entre pressão da bomba de 
óleo e a do cárter não permite uma lubrificação adequada.
• É um interruptor elétrico comandado por temperatura que liga ou 
desliga equipamentos ao atingir, respectivamente, valores máximos e 
mínimos de temperatura
Termostato
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3.6- Acessórios (cont.)
Pressostato
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 44
Termostato
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
• É instalado na saída do compressor para evitar que o 
óleo diluído no refrigerante alcance o evaporador, onde, 
em função da baixa temperatura existente, tenderia a se 
depositar criando resistências térmicas indesejáveis.
3.6- Acessórios (cont.)
Separador de óleo
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 45
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
3.6- Acessórios (cont.)
• É um bulbo com visor que instalado na linha de líquido 
permite observar se há formação de vapor antes da entrada 
de refrigerante no evaporador, o que pode significar carga 
de refrigerante incompleta na instalação. 
• Pode ter também o indicador de umidade que permite 
verificar a contaminação do refrigerante, sendo que a cor 
verde indica ausência deumidade, amarelo indica presença 
de umidade e marrom indica contaminação total do 
refrigerante.
Visor de líquido
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 46
refrigerante.
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3.6- Acessórios (cont.)
Manômetros
• São instrumentos para medir a pressão de fluidos em recipientes fechados e 
podem ser dos tipos:
� Bourdon, é o mais comum, possui um tubo 
metálico curvo de forma elíptica e que tende a 
endireitar-se conforme o aumento da pressão 
interna.
� Digital, que possui um sensor de pressão junto 
à tubulação e envia um sinal elétrico, através de 
fios, proporcional à pressão do fluido para o 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 47
fios, proporcional à pressão do fluido para o 
indicador digital.
Refrigerante
• Para realizar a manutenção nos sistemas de refrigeração 
são utilizados kits de manômetros, chamados de 
“manifold”.
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3.6- Acessórios (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 48
Kit de manômetros “Manifold”
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• Retém o líquido porventura vindo do evaporador permitindo sua 
evaporação definitiva. 
• Além disso, atenua às variações de pressão decorrente do regime 
pulsante do compressor alternativo
Acumulador de sucção
3.6- Acessórios (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 49
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4.0- REFRIGERANTES
• Fluidos refrigerantes são substâncias químicas que têm 
como principal característica a absorção de calor do 
ambiente refrigerado enquanto se vaporizam. 
• Há diversos tipos de fluidos refrigerantes, tais como os 
hidrocarbonetos halogenados, misturas azeotrópicas, 
hidrocarbonetos, componentes inorgânicos e misturas 
zeotrópicas (não azeotrópicas).
• Os hidrocarbonetos halogenados são compostos 
químicos sintéticos conhecidos desde o final do século 
4.1- Introdução
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 50
químicos sintéticos conhecidos desde o final do século 
XIX, mas seu estudo como refrigerante teve início no 
começo do século XX, com Thomas Midley. 
• Possuem em sua composição um ou mais átomos dos 
seguintes halogênios (grupo 7A da tabela periódica): 
cloro, flúor e bromo. 
• As duas marcas mais tradicionais são o Freon (DuPont) 
e o Frigen (Hoechst). 
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
• Os hidrocarbonetos halogenados podem ser 
classificados em seis grupos:
Cloro−flúor−carbonos (CFC's)
• Derivados de hidrocarbonetos obtidos pela substituição dos átomos de 
hidrogênio por átomos de cloro e de flúor,
• Ex: CFC−11, CFC−12, CFC−113, CFC−114 e CFC−115. 
Hidro−cloro−flúor−carbonos (HCFC's)
• São compostos de átomos de carbono, hidrogênio, cloro e flúor, mas 
não são totalmente halogenados, como os CFC's. 
4.1- Introdução (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 51
Hidro−flúor−carbonos (HFC's)
• Compostos de átomos de carbono, hidrogênio e flúor. 
• Ex: HFC−134a, HFC−125 e HFC−143A.
Halogênios (BFC's)
• Compostos de átomos de carbono, bromo e flúor. 
• Ex: BFC−13B1 e BFC−12B1. 
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
4.1- Introdução (cont.)
Misturas azeotrópicas
• Na mistura azeotrópica seus componentes não podem ser separados por 
destilação, e a mistura evapora e condensa como se fosse uma única 
substância. 
• Suas propriedades são totalmente diferentes das de seus componentes. Ex: 
CFC/HFC−500, HCFC/CFC−501 e HCFC/CFC−502. Por exemplo, o 
HCFC/CFC−501 é a mistura de 75% de HCFC−22 com 25% de CFC−12, 
em base de massa.
Misturas zeotrópicas
• Na mistura zeotrópica seus componentes são separados por destilação. 
Assim, a mistura evapora e condensa em temperaturas diferentes. 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 52
Compostos inorgânicos
• Incluem os refrigerantes usados antes de 1930, tais como amônia (NH3), água (H2O) 
e ar. 
• Muitos deles ainda hoje são usados em sistemas de refrigeração por não reduzir a 
camada de ozônio e apresentar outras características desejáveis.
• Embora a amônia seja tóxica e inflamável, ainda é usada em sistemas de refrigeração.
• Esses compostos são designados pelos números acima de 700. 
Assim, a mistura evapora e condensa em temperaturas diferentes. 
• Ex: R−400, R−401A/B/C. 
• Atualmente, são os refrigerantes alternativos mais promissores em retrofit.
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• A sociedade internacional, fundada em 1894, ASHRAE (American 
Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers) criou 
uma metodologia para nomear os fluidos halogenados por meio de 
quatro algarismos:
4.2- Nomenclatura
• Por exemplo: o fluído R134a tem na fórmula seu 1º algarismo como 0 e o 2º sendo o 
� 1º algarismo = número de átomos de carbono menos 1 (omitir o zero);
� 2º algarismo= número de átomos de hidrogénio mais 1;
� 3º algarismo = número de átomos de flúor.
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 53
• Por exemplo: o fluído R134a tem na fórmula seu 1º algarismo como 0 e o 2º sendo o 
1. Esse 1 representa o número de átomos de carbono menos 1. Logo, há 2 átomos de 
carbono. Três (3) é o número de hidrogénio mais 1, logo há 2 átomos de hidrogénio. 
Quatro (4) é o número de átomos de flúor. 
R134a => C2H2F4
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4.2- Nomenclatura (cont.)
� Propano (CH3CH2CH3 ) = R-290; 
� Etano (CH3CH3 ) = R-170; 
� Metano (CH4 ) = R-050 = R-50. 
• Para os compostos inorgânicos, a nomenclatura começa com o número 7 seguido do 
seu peso molecular. 
• Para os hidrocarbonetos usa-se a mesma regra (sem omitir o zero no final).
� Amônia => R-717; 
� Dióxido de carbono => R-744. 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 54
Exercício 4.2.1: Escreva a fórmula para os refrigerantes abaixo:
a) R-114:
b) R-152:
Exercício 4.2.2: Escreva o nome (ASHRAE) dos refrigerantes abaixo:
a) CHCL2CF3
b) CH3CH3:
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Exercício 4.2.1: Escreva a fórmula para os refrigerantes abaixo:
a) R-114: C2CLF4
b) R-152: CHF2CH3
Exercício 4.2.2: Escreva o nome dos refrigerantes abaixo:
SOLUÇÃO
4.2- Nomenclatura (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 55
a) CHCL2C F3 : R-123
b) CH3CH3: R-170
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Hidrocarbonetos halogenados mais comuns
4.2- Nomenclatura (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 56
Compostos inorgânicos mais comuns
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4.1- Nomenclatura (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 57
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4.1- Nomenclatura (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 58
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
• Os CFC's e HCFC's são usados mundialmente, sendo que na metade dos anos 
80 cerca de 1/3 do consumo de CFC's ocorria nos Estados Unidos (USA). 
• Em 1985, o consumo era de 278 toneladas compreendendo os setores de 
espumas isolantes, ar condicionado automotivo, refrigeração e ar condicionado 
residencial, comercial e industrial e outros produtos. 
• Do consumo de halogenados, tem-se: 77 % de HCFC−22, 10 % de CFC−11 e 
10 % dasase CFC−12.
• Foi criado para comparar a influência relativa sobre a camada de ozônio dos 
vários refrigerantes, o índicePotencial de depleção da camada de ozônio. ODP 
4.3- Refrigerantes e meio-ambiente
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 59
vários refrigerantes, o índicePotencial de depleção da camada de ozônio. ODP 
(Ozone Depletion Potential), querelaciona a taxa de depleção do ozônio de 1 
kg de qualquer refrigerante com aquela obtida para o CFC−11, sendo que o 
ODP do CFC−11 foi atribuído o valor 1 (um). 
• Tal qual o ODP foi criado o GWP (Global Warming Potential), usado para 
comparar os efeitos dos CFC's, HCFC's e HFC's sobre o aquecimento global 
com base nos efeitos do CFC−11. 
• Os valores de ODP devem ser criteriosamente analisados antes de selecionar 
um refrigerante. 
• A camada de ozônio protege a Terra dos raios ultravioletas nocivos à vida. 
OBS.: ODP = potencial de redução da camada de ozônio.
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
Valores de ODP e GWP 
para refrigerantes 
halogenados (Wang, 1993).
4.3- Refrigerantes e meio-ambiente (cont.)
CFC-13 1,0
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 60
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
4.3- Refrigerantes e meio-ambiente (cont.)
• Nos anos 70, pesquisadores da NASA (National Aeronautic and Space 
Administration) voando na estratosfera dos círculos polar ártico e antártico 
encontraram resíduos de CFC's onde havia uma redução na camada de 
ozônio. 
• Em 1988, o nível de ozônio sobre a Antártida era 30 % menor do que o 
existente na metade dos anos 70. 
• Medições ao nível do solo em vários pontos ao redor do mundo feitas nos 
anos 80 mostraram um crescimento de 5 a 10% no nível de radiação 
ultravioleta. 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 61
• Em 1978, a EPA (Environmental Protection Agency) e o FDA (Food and 
Drug Administration) dos EUA elaboraram regulamentação da retirada por 
etapa de aerossóis de CFC's, de maior consumo naquele momento. 
• Em 16 de setembro de 1987, a CEE (Comunidade Econômica Européia) e 
outras 24 nações, inclusive os EUA, assinaram o Protocolo de Montreal. 
Esse documento é um acordo internacional para retirada por etapas do 
consumo e fabricação dos CFC's e BFC's até o ano 2000. 
• A emenda de Copenhagem entrou em vigor em 14 de junho de 1994 e 
prevê o corte total da produção de CFC's em janeiro de 1996.
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
4.3- Refrigerantes e meio-ambiente (cont.)
• A produção e uso dos HFC's tais como R−32, R−125, R−134a e R−143A e 
suas misturas (R−404, R−407 e R−410) não são regulamentadas pelo 
Protocolo de Montreal, mas isso deve ser feito por cada país 
individualmente.
• Ações de curto prazo a serem tomadas:
� Substituir o R−12 pelo R–22 ou 134a, e R−11 pelo R–123, e outros substitutos com 
ODP menores que 0,05 devem substituir os CFC's. 
� É importante salientar que os próprios HCFC's começarão a ser restringidos a partir 
do ano 2004. 
� Os HFC's e suas misturas zeotrópicas podem ser usados sem restrições: o R−404a 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 62
Os HFC's e suas misturas zeotrópicas podem ser usados sem restrições: o R−404a 
substituindo R–502 e R−407C substituindo R–22. 
� Existem sistemas de refrigeração em que essas substituições podem ser feitas com 
perdas de capacidade de refrigeração e eficiência muito pequenas. 
� Durante a fabricação, instalação, operação e manutenção de sistemas usando 
CFC's e HCFC's evitar fugas desses produtos.
� Evitar as emissões de CFC's e HCFC's pela recuperação, reciclagem e 
reprocessamento. 
� Recuperação é a remoção de refrigerante de um sistema para armazená-lo em um 
tanque externo; reciclagem envolve a limpeza do refrigerante por meio de um 
separador de óleo e de um filtro secador para reutilização; reprocessamento 
envolve a fabricação de novos produtos a partir do refrigerante.
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5- CICLOS DE REFRIGERAÇÃO DIVERSOS
• Seu funcionamento é baseado na absorção dos vapores de alguns 
refrigerantes por determinados fluídos ou soluções salinas.
• Forma-se uma solução de vapor de refrigerante com o líquido 
absorvedor, que, após ser aquecida, separa-se novamente em líquido 
e vapor.
• O vapor é condensado para a produção de frio (remoção de calor), 
semelhante às instalações de compressão a vapor.
• Os fluídos refrigerantes / absorvedores normalmente empregados são:
5.1- Refrigeração por absorção
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 63
• Os fluídos refrigerantes / absorvedores normalmente empregados são:
� Amônia (NH3) / água
� Água / brometo de lítio (LiBr)
• O maior inconveniente desse processo é o alto consumo de energia 
(calor e bombas), devido ao baixo rendimento.
• Como vantagem, pode utilizar a energia térmica que pode ser obtida 
de outros processos ( caldeiras, termoéletricas, etc.).
• O sistema por absorção não apresenta partes internas móveis (exceto 
as bombas) o que lhe garante um funcionamento silencioso e sem 
vibração, reduzindo assim os gastos com a manutenção.
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• Para que o sistema funcione, primeiro a 
solução de amônia e água existente no 
absorvedor absorve vapor de amônia a baixa 
pressão vindo do evaporador. 
• O passo seguinte é elevar a pressão do líquido 
com uma bomba e induzi-lo para o gerador, 
componente onde a aplicação de energia 
térmica garante a separação da água e da 
amônia, que segue para o condensador. 
• A água retorna para o absorvedor após ter sua 
5.1- Refrigeração por absorção (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 64
• A água retorna para o absorvedor após ter sua 
pressão reduzida. 
• Ao passar pelo condensador a amônia 
transforma-se da fase de vapor para líquida, 
liberando energia para o meio externo. 
• Logo após sair do condensador a amônia tem 
sua pressão reduzida para ingressar no 
evaporador e retirar energia do meio interno 
que desejamos resfriar. 
• Neste processo a amônia passa do estado 
líquido para vapor, que será absorvido pela 
solução do absorvedor, reiniciando todo o ciclo.
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
5.1- Refrigeração por absorção (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 65
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
5.1- Refrigeração por absorção (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 66
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
5.2- Refrigeração termoelétrica
• Em 1821, Seebeck observou que em um circuito fechado 
constituído por 2 metais diferentes circulava uma corrente elétrica 
quando as junções estavam em temperaturas diferentes.
• Em 1834, Peltier observou o efeito inverso, circulando uma corrente 
elétrica no circuito de Seebeck verificou o resfriamento da junção 
dos metais diferentes.
• As melhores pastilhas termoelétricas Peltier conseguem obter um 
diferencial de temperatura entre a junção quente e fria de no 
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 67
diferencial de temperatura entre a junção quente e fria de no 
máximo 60 ºC.
• Ao comparar um refrigerador por compressão de vapor com o 
refrigerador termoelétrico, o segundo possui uma capacidade de 
refrigeração inferior e coeficiente de performance inferior.
UNA IPOLI - Engenharia Mecânica
Pastilha Termoelétrica Peltier Tec1-12706
(R$ 30,00 – M. Livre)
Descrição de uso e aplicações:
Ideal para Bebedouros de água, Aquários, Coolers e mini coolers,
Frigobar e mini frigobares, Mini geladeira automotiva e de mesa 12 volts,
Adegas de vinho de refigeração eletrônica,Purificadores de água,
Refrigeração de gabinetes,cooler para processador, caixa de gelo e outros.
Ideal para Hobistas e projetos de eletrônica.
Compátivel com Bebedouros, Purificadores
E ADEGAS de vários modelos e marcas!!!
Latina, Master Frio, Libell, Eterny,Ventisol, Unilever, Polar ,Eletrolux,
5.2- Refrigeração termoelétrica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 68
Latina, Master Frio, Libell, Eterny,Ventisol, Unilever,Polar ,Eletrolux,
Consul, Mallory, Lorenzetti,Philco entre outros
Pastilha termoelétrica Peltier selada
Modelo: TEC1-12706
Funciona a partir de: 0 ~ 15.2V DC e 0 ~ 6A
Opera Temperatura:-30'C a 70'C
Consumo de potência máximo: 91,2 Watts
Tamanho: 40mm x 40mm x 4 milímetros
Peso: 30 Gramas
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5.2- Refrigeração 
termoelétrica (cont.)
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 69
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FIM
Parte 2
Refrigeração e conforto ambiental / Professor: Guilherme Lima 70
Continua...