refrigeracao e climatizacao aula 1

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AULA 01: APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA – HISTÓRIA DA REFRIGERAÇÃO 
Refrigeração e climatização 
REFRIGERAÇÃO E CLIMATIZAÇÃO 
Aula 01: Apresentação da Disciplina – 
História da Refrigeração 
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Refrigeração e climatização 
Objetivos 
1. Apresentação da Disciplina de Refrigeração e 
Climatização; 
2. Bibliografia; 
3. História resumida do ar-condicionado; 
4. Início da revisão de Termodinâmica. 
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Refrigeração e climatização 
Pré-requisitos 
CCE0317 – Refrigeração e Climatização – 8º 
CCE0187 - FENÔMENOS DE TRANSPORTES – 4º 
CCE0385 - TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA – 7º 
CEL0009 - INTRODUÇÃO AO CÁLCULO DIFERENCIAL – 1º 
CCE0056 - FÍSICA TEÓRICA I - 2º 
CCE0189 - FÍSICA TEÓRICA II – 3º 
CCE0375 – TERMODINÂMICA – 5º 
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Refrigeração e climatização 
Conteúdo do curso 
História e Desenvolvimento do Ar-Condicionado; 
Termodinâmica (revisão); 
Cargas Térmicas e Psicrometria; 
Ciclos de Refrigeração; 
Sistemas de Refrigeração; 
Equipamentos de Refrigeração e Ar-Condicionado; 
Controles de Sistema de Condicionamento de Ar; 
Segurança. 
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Fornecer conhecimentos sobre Refrigeração nos seus diversos segmentos para que possam ser 
aplicados no âmbito de sua competência e utilizados como base para estudos mais aprofundados. 
Objetivos Gerais 
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Capacitar o estudante a : 
• analisar sistemas de refrigeração de conforto ou industrial; 
• calcular cargas térmicas; 
• compreender os ciclo de refrigeração e sua importância; 
• compreender o funcionamento dos sistemas de controle e automação, 
• Identificar os componentes e acessórios; 
• avaliar o funcionamento e o desempenho de sistemas de refrigeração ; 
• reconhecer as regras de segurança aplicáveis a estes sistemas. 
Objetivos Específicos 
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• Atividades Teóricas em sala de aula : 
conteúdo programático será desenvolvido por meio de exposições dialogadas e exercícios. 
• Atividades de Campo : 
a disciplina contém atividades de campo a serem desenvolvidas pelo aluno e avaliadas pelo 
professor da disciplina. 
• Atividades Estruturadas : 
a disciplina contém atividades estruturadas a serem desenvolvidas pelo aluno e debatidas em sala 
de aula pelo professor da disciplina. 
Metodologia de Ensino 
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Refrigeração e climatização 
Composto de 3 etapas : 
Avaliação 1 (AV1) 
Avaliação 2 (AV2) 
Avaliação 3 (AV3) 
• a AV1 contemplará o conteúdo da disciplina até sua realização; 
• as AV2 e AV3 abrangerão todo o conteúdo da disciplina; 
Para aprovação na disciplina o aluno deverá : 
• atingir resultado igual ou superior a 6,0 (seis), calculado a partir da média aritmética entre os 
graus da avaliação, sendo consideradas apenas as duas maiores notas obtidas dentre as três 
etapas de avaliação ( AV1, AV2 e AV3); 
• obter grau igual ou superior a 4,0 em, pelo menos, duas das três avaliações; 
• frequentar, no mínimo, 75% das aulas ministradas. 
Procedimentos de Avaliação 
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CREDER, Helio. Instalações de ar-
condicionado. Rio de Janeiro: LTC, s/d. 
 
STOECKER Wilbert F. e JABARDO J. M. 
Refrigeração industrial. São Paulo: 
Blücher, s/d. 
Bibliografia Básica 
Bibliografia 
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Refrigeração e climatização 
DOSSAT, Roy J. Princípios de refrigeração: teoria, 
prática, exemplos, problemas, soluções. São Paulo: 
Hemus, s/d 
 
MILLER, REX e MILLER, Mark R. Ar-condicionado e 
refrigeração. Rio de Janeiro: LTC , s/d. 
 
SILVA , J. G. Introdução à tecnologia da refrigeração e 
da climatização. São Paulo: Artliber, s/d. 
 
STOECKER, W. F. e JONES, J. W. Refrigeração e ar-
condicionado. São Paulo: McGraw-Hill, s/d 
Bibliografia Complementar 
Bibliografia 
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• Roma antiga 
 a água de aquedutos circulava através das paredes de certas casas para 
arrefecer (diminuição de calor, resfriamento); 
• China – século II 
 o inventor chinês Ding Huan criou um ventilador rotativo, constituído de sete 
rodas de 3 m de diâmetro, operado manualmente para condicionar o ar; 
• Pérsia medieval 
edifícios com cisternas e torres de vento (badgirs) para épocas quentes. As 
cisternas semelhantes a piscinas recolhiam a água das chuvas; as torres de vento 
dispunham de aberturas que captavam o vento e de cataventos que direcionavam 
o fluxo de ar para o interior do edifício, normalmente passando sobre a cisterna e 
saindo por uma torre de arrefecimento situada à jusante da direção do vento. 
História e desenvolvimento do Ar-Condicionado 
História e desenvolvimento do ar-condicionado 
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• Egito medieval 
foram inventados os ventiladores, usados nas casas do Cairo, orientados na direção de Qibla, 
seguindo a orientação de fluxo de ar da cidade; 
• Década de 1600 
o inventor holandês, Cornelius Drebbel, fez a demonstração “transformando o verão em 
inverno” perante o Rei Jaime VI da Escócia; 
• Em 1758 
Benjamin Franklin e o britânico John Hadley conduziram uma experiência para mostrar o 
princípio da evaporação como meio de arrefecer rapidamente um objeto; 
• Em 1820 
o cientista britânico Michael Faraday descobriu que comprimir e liquefazer a amônia poderia 
resfriar o ar, quando a amônia liquefeita fosse permitida evaporar. 
História e desenvolvimento do ar-condicionado 
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• Em 1906 
Stuart W. Cramer, outro americano, explorou formas de adicionar umidade ao ar, na sua 
fábrica têxtil, para tornar os materiais têxteis mais fáceis de processar; combinou a umidade 
com a ventilação para condicionar a alterar o ar das fábricas. Esse efeito é hoje conhecido 
como “arrefecimento evaporativo”. 
• Em 1928 
Thomas Midglev Jr. criou o Freon para substituir os gases dos condicionadores que eram 
tóxicos ou inflamáveis como a amônia, clorometano e o propano que, em caso de vazamento, 
poderiam causar acidentes fatais. O Freon é uma marca comercial pertencente a Dupont e se 
aplica a qualquer refrigerante dos tipos clorofluorcarboneto (CFC), CFC hidrogenado (HCFC) ou 
hidrofluorcarboneto (HFC). 
História e desenvolvimento do ar-condicionado 
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Refrigeração e climatização 
História da Termodinâmica 
(apresentação Dr. José Pedro Donoso – UFSC) 
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Refrigeração e climatização 
(com base no livro Instalações de Ar-Condicionado de Helio Creder) 
 
Obs.: A Termodinâmica é uma ciência experimental de onde se 
 deduziram fórmulas matemáticas para explicar os fenômenos obtidos. 
Revisão de 
TERMODINÂMICA 
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Refrigeração e climatização 
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. 
Termodinâmica 
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Refrigeração e climatização 
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 massa padrão internacionalmente aceita é o quilograma, cujo protótipo é o bloco de platina 
iridiada conservado na cidade de Sevres, França. 
O peso é o produto da massa do corpo pela aceleração da gravidade. 
A aceleração é definida como a variação da velocidade na unidade de tempo. 
A velocidade, no Sistema SI, é expressa em m/s e a aceleração em m/s², ou seja, a velocidade da 
velocidade. 
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 
Massa, Força e Peso 
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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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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). 
Pressão 
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Então : 
 
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 
 
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 do 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/m2 = 1 Pa 
103 Pa = 1 kPa 
105 Pa = 10² kPa = 1 bar 
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, em uma 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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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. 
 
Solução: 
 
Desprezando a temperatura do mercúrio, consideremos a sua densidade a O°C: 
 
 = 13.596 kg/m³ (Peso específico do Hg) 
 
 
 
 
como N = kg.m/s²   = 133.376,76 N / m³ 
Exemplo 1.3: 
 = 
𝐅
𝐕
=
𝐦
𝐕
. 𝐠 = 𝟏𝟑. 𝟓𝟗𝟔
𝐤𝐠
𝐦𝟑
 𝐱 𝟗, 𝟖𝟏
𝐦
𝐬𝟐
= 𝟏𝟑𝟑. 𝟑𝟕𝟔, 𝟕𝟔
𝐤𝐠
𝐦𝟐
. 𝐬² 
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como para o vácuo : Z = Pabs = 750 - 200 = 550 mm de Hg ou 0,55 m de Hg aplicando em P =  . Z : 
 
P = 133.376,76 N/m³ x 0,55 m = 73.357,2 N / m² = 73.357,2 Pa 
 
em atmosferas : 
 
1 atm = 101.305 Pa 
 
então P = 73.357,2 / 101.325 = 0,723 atm 
 
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O sentido do tato constitui a maneira mais simples de se distinguir se um corpo é mais quente ou 
mais frio. 
 
Temos um "sentido de temperatura" capaz de nos dizer que o corpo A está mais quente que B, o 
corpo B está mais quente que C etc. 
 
Esse sentido, todavia, é muito subjetivo e depende da referência, o que pode induzir a erros 
grosseiros. 
 
Se mergulharmos uma das mãos em água quente e a outra em água fria e depois segurarmos um 
corpo menos aquecido com a mão que estava na água fria, esse corpo parecerá muito mais quente 
do que com a mão que estava na água quente, pois os referenciais de temperatura são diferentes. 
Temperatura 
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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 tomar a nossa experiência mais precisa, usemos um terceiro objeto C, por exemplo, um 
termômetro. 
 
Coloquemos o termômetro em contato com o objeto A, lendo a temperatura registrada. 
 
Depois o coloquemos em contato com o objeto B e verificamos que foi registrada a mesma 
temperatura. Isso permite enunciar a "lei zero" da termodinâmica: 
 
"Quando dois corpos A e B estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, eles estão em 
equilíbrio térmico entre si." 
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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, podemosusar 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 mesma temperatura T. 
 
Esse ponto fixo foi escolhido a partir da água, ou seja, um ponto em que o gelo, a água líquida e o 
vapor d'água coexistam em equilíbrio: é o "ponto triplo" da água. 
 
Esse ponto triplo da água só pode ser conseguido para uma mesma pressão. A pressão do vapor 
d'água no ponto triplo é de 4,58 mm de mercúrio. 
 
A temperatura desse ponto fixo foi estabelecida como padrão, ou seja, 273,16 graus Kelvin e mais 
tarde simplificada como Kelvin (K). 
 
Então, temos a definição de Kelvin: "Kelvin, unidade de temperatura termodinâmica, é a fração 
1/273,16 da temperatura do ponto triplo da água." 
 
Essa unidade foi adotada na 10ª Conferência Geral de Pesos e Medidas (1954), em Paris. 
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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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As duas escalas termométricas usuais são a centígrada, inventada em 1742, pelo sueco Celsius, e a 
Fahrenheit, definida a partir da escala Kelvin, que é a escala científica fundamental. 
 
Na escala Celsius, a temperatura t é obtida pela equação: 
 
T = t + 273,16 
T = temperatura Kelvin (K) 
t = temperatura Celsius em graus centígrados (ºC) 
 
Na escala Fahrenheit, usada pelos países de língua inglesa (exceto a Grã-Bretanha), a relação para 
a escala centígrada é a seguinte: 
Escalas termométricas 
𝒕𝐜 = 
𝟓
𝟗
 (TF - 32) 
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 d’água, à pressão de 1 atm, 
denominado ponto de vapor, é de 100°C. 
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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: 
 
 = m / V  v = V / m   = 1 / v 
 
Em unidades SI:  em kg / m³ 
 
3 - Peso específico é definido como o peso por unidade de volume: 
 
𝑤 ̅ = P / V 
 
Em unidades SI: 
 
𝑤 em kg / m³ (P em kg  peso) 
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Já vimos que, se colocarmos dois corpos de diferentes temperaturas em contato, o corpo mais 
quente diminui a sua temperatura e o 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 mais frio. 
 
Esse conceito satisfazia os testes 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. 
Calor 
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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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Em um 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 
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. 
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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.“ 
 
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 
 
Resumindo: 
 
1 kcal = 1.000 cal = 3,968 BTU = 4,186 joules 
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VAMOS AOS PRÓXIMOS PASSOS? 
 
 
Continuação da revisão de 
Termodinâmica 
AVANCE PARA FINALIZAR 
A APRESENTAÇÃO.