Jesue - Introdução à Tecnologia de Refrigeração

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º
campo da refrigeração e do ar condi-
cionado experimentou uma grande 
expansão nos últimos anos, especialmente 
no Brasil, com a introdução de inúmeras 
novas marcas, modelos, capacidades, tipos 
de fluídos e o incremento da automação. 
Como reciclar e capacitar os milhares de 
profissionais da área nessas novas tecno-
logias? 
Foi pensando neles que o professor Jesué 
Graciliano da Silva escreveu este livro. Pro-
fessor efetivo no Instituto Federal de Edu-
cação, Ciência e Tecnologia de Santa Cata-
rina (IFSC) - Campus São José, atua há mais 
de 25 anos na Área Técnica de Refrigeração 
e Condicionamento de Ar nas disciplinas 
de Projetos, Termodinâmica e Instalações 
de Refrigeração e Ar Condicionado. Foi um 
dos responsáveis pela implantação do Escri-
tório Regional da Associação Sul-Brasileira 
de Refrigeração, Ar Condicionado, Aqueci-
mento e Ventilação (ASBRAV) no estado de 
Santa Catarina. Propôs em 1998 a organiza-
ção do Grupo de Pesquisas em Refrigeração 
e Ar Condicionado (GERAC), com o objetivo 
de estudar alternativas para a redução do 
consumo de energia dos sistemas de refri-
geração e climatização. 
Seu livro tem uma notável preocupação 
em tornar simples definições complexas 
e mostrar de maneira direta os princípios 
teóricos e desafios do setor. Um exemplo 
disso é o capítulo sobre eficiência energé-
tica, tema de fundamental importância na 
atualidade. Isto com certeza contribuirá 
para o aperfeiçoamento dos atuais e futu-
ros técnicos, tecnólogos, engenheiros e de 
todos que tenham algum interesse nesta 
fascinante área. 
Prof. Jesué Graciliano da Silva 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina 
Campus São José 
Introdução à T ecnoloQia da 
RefriQeração e da Climatização 
3ª Edição 
Revisada e ampliada 
Copyrightº 2004 by Artliber Editora Ltda. 
1 • edição - 2003 
2ª edição - 2010 
3ª edição - 2019 
Composição eletrônica: 
Perfil Editorial 
Revisão: 
Rosemary Maffezzplli dos Reis 
Ilustração de capa: 
Alexandre Sahade Gonçalves 
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) 
(Câmara Brasileira do livro, SP, Brasil) 
03-5785 
Silva,Jesué Graciliano da 
Introdução à tecnologia da refrigeração e da clima-
tização / Jesué Graciliano da Silva. - São Paulo: Artliber 
Editora, 2003. 
Bilbliografia. 
1. Ar condicionado 2. Refrigeração 1. Título. 
CDD-621.56 
Índices para catálogo sistemático: 
1. Ar refrigerado: Engenharia mecânica 621 .56 
2. Refrigeração: Engenharia mecânica 621.56 
2019 
Todos os direitos desta edição reservados à 
Artliber Editora Ltda. 
Av. Diógenes Ribeiro de Lima, 3.294 
05083-01 O - São Paulo - SP - Brasil 
Tel.: 3641-3893 
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www.artliber.com.br 
Aos alunos do Instituto Federal de Santa Catarina; 
Aos amigos e colegas de trabalho; 
Aos meus mestres; 
A meus irmãos Milton,Jonice, Clarice (in memorium), 
José Carlos, Rubens,Judite e Cleide. 
À Sulayre, Gabriela e Arthur. 
À minha mãe e 
À memória de meu pai; 
referências de minha vida. 
SUMÁRIO 
Apresentação ................................................................................... 09 
Agradeci mentas ............................................................................... 11 
1 - Informações preliminares ............................................................ 13 
2 - Conceitos básicos ....................................................................... 21 
2.1 - Sistemas de unidade ........................................................ 22 
2.2 - Energia ............................................................................ 24 
2.3 - Calor ............................................................................... 24 
2.4 - Trabalho ......................................................................... 25 
2.5 - Potência .......................................................................... 25 
2.6 - Estados da matéria ........................................................... 26 
2.7 - Propriedades termodinâmicas ......................................... 27 
2.7.1 - Temperatura ............................................................ 27 
2.7.2 - Pressão .................................................................... 29 
2.7.3 - Massa específica ...................................................... 32 
2.7.4 - Calor específico ....................................................... 33 
2.7.5 - Condutividade térmica ............................................. 33 
2.7.6 - Entalpia específica ................................................... 34 
2.7.7 - Entropia específica ................................................... 36 
2.7.8 - Diagrama pressão versus entalpia específica ............. 36 
2.8 - Conservação da energia .................................................. 37 
2.9 - Sistema e volume de controle ......................................... 38 
2.1 O - Trocas de calor .............................................................. 42 
2.11 - Mecanismos de transferência de calor ........................... 43 
3 - Sistemas de refrigeração ............................................................. 51 
3.1 - Introdução ...................................................................... 51 
3.2 - Refrigeração por compressão mecânica de vapor ............ 55 
3.3 - Refrigeração por absorção de vapor ................................. 58 
3 .4 - Refrigeração termoelétrica ............................................... 61 
4 - Sistemas de climatização ............................................................ 63 
4.1 - Introdução ...................................................................... 63 
4.2 - Conforto térmico ............................................................. 65 
4.3 - Aplicações da climatização ............................................. 67 
5 - Condicionamento do ar .............................................................. 75 
5.1 - Definições básicas ........................................................... 75 
5.2 - Carta psicrométrica ......................................................... 78 
5.3 - Propriedades do ar .......................................................... 79 
5.4 - Processos psicrométricos ................................................. 84 
6 - Desempenho dos Sistemas ......................................................... 95 
6.1 - Coeficiente de desempenho (COP) .................................. 95 
6.2 - Avaliação do índice E.E.R. do sistema ........................... 108 
7 - Componentes ........................................................................... 111 
7.1 - Compressores ............................................................... 111 
7. 1. 1 - Compressores alternativos ...................................... 112 
7 .1 .2 - Compressor rotativo ............................................... 11 7 
7.1.3 - Compressores de parafuso ..................................... 118 
7. 1 .4 - Compressores centrífugos ...................................... 119 
7.1.5 - Compresssores tipo scroll (caracol) ......................... 120 
7 .2 - Evaporadores ................................................................ 122 
7 .3 - Condensadores ............................................................. 125 
7.4 - Torres de arrefecimento ................................................ 12 7 
7.5 - Condensadores evaporativos ......................................... 129 
7.6 - Dispositivos de expansão .............................................. 132 
7.7 - Linhas de fluido refrigerante .......................................... 141 
8 - Acessórios ................................................................................ 143 
8.1 - Termostato .................................................................... 144 
8.2 - Visor de líquido ............................................................144 
8.3 - Manômetros .................................................................. 145 
8.4 - Filtro secador ................................................................ 146 
8.5 - Válvula solenóide ......................................................... 146 
8.6 - Pressostatos ......................... : ......................................... 147 
8.7 - Pressostato de óleo ........................................................ 148 
8.8 - Acumulador de sucção .................................................. 148 
8. 9 - Separador de óleo ......................................................... 148 
9-Fluidosrefrigerantes ................................................................. 151 
9.1 - Nomenclatura ............................................................... 151 
9.2 - Efeito do CFC na camada de ozônio .............................. 153 
9.3 - Processos de vácuo e carga de fluído refrigerante .......... 160 
9.4 - Retrofit de sistemas de refrigeração ............................... 163 
1 O - Capacidade de câmaras frias ................................................... 165 
10.1 - Introdução .................................................................. 165 
10.2 - Parcelas de carga térmica ............................................. 167 
10.2.1 - Parcela de transmissão ......................................... 167 
10.2.2 - Parcela de infiltração ........................................... 169 
10.2.3 - Parcela do produto .............................................. 171 
10.2.4 - Parcela decorrente de cargas diversas .................. 174 
11 - Projeto de climatização .......................................................... 181 
11.1 - Princípios .................................................................... 181 
11.2 - Condições de projeto .................................................. 183 
11.3 - Estimativa de carga térmica ......................................... 185 
11.3.1 - Efeito de armazenagem ........................................ 198 
11.3.2 - Zoneamento ........................................................ 199 
11.3.3 - Aquecimento ....................................................... 199 
11.4 - Detalhamento do projeto ............................................ 203 
11.4.1 - Casa de máquinas ................................................ 203 
11.4.2 - Isolamento da rede de dutos ................................ 203 
11.4.3 - Filtros .................................................................. 204 
11.4.4 - Tomada de ar externo .......................................... 205 
11.4.5 - Sistema de controle .............................................. 206 
12 - Projeto de rede de dutos ......................................................... 211 
12.1 - Métodos de dimensionamento .................................... 211 
12.1.1 - Arbitragem de velocidades ................................... 212 
12.1.2 - Método de igual atrito .......................................... 214 
12.1.3 - Método da recuperação de pressão ...................... 216 
12.2 - Estimativa de perda de carga ....................................... 220 
12.3 - Controle da distribuição do ar ..................................... 226 
12.3.1 - Grelhas de retorno ............................................... 226 
12.3.2 - Chapas de aço galvanizado .................................. 227 
13 - Qualidade do ar interior ......................................................... 231 
13.1 - O problema da qualidade do ar interior ...................... 231 
13.2 - Origem do problema .................................................... 232 
13.3 - Os sistemas de condicionamento de ar e a 
qualidade do ar interior ......................................................... 233 
13.4 - Metodologia para diagnóstico e tratamento de 
problemas de qualidade do ar em ambientes fechados .......... 235 
13.4.1 - Coleta de informações preliminares ...................... 236 
13.4.2 - Entrevistas ............................................................ 237 
13.4.3 - Inspeção in loco ................................................... 237 
13.4.4 - Medições ............................................................. 238 
13.5 - Estado atual da normalização internacional .................. 238 
13 .6 - A realidade brasileira .................................................. 240 
14 - Controle de ruído ................................................................... 243 
15 - Instalação de sp/its .................................................................. 249 
15.1 - Características básicas ................................................. 249 
15.2 - Princípios de uma boa instalação ................................ 250 
16 - Diagramas elétricos ................................................................. 259 
1 7 - Referências ............................................................................. 265 
18 - Anexos ................................................................................... 267 
APRESENTAÇÃO 
A área de refrigeração e condicionamento de ar é uma das mais fas-
cinantes do campo da engenharia mecânica. Aplicações podem ser encon-
tradas em todos os segmentos da sociedade, desde um simples refrigerador 
doméstico até o resfriamento de concreto para a construção de barragens. 
Aplicações para conforto térmico são hoje quase que uma exigência do pú-
blico em geral. Exemplos de outras aplicações, não perceptíveis pela socieda-
de, são igualmente importantes. Os telefones celulares, por exemplo, exigem 
centrais de comutação devidamente climatizadas para o seu bom funciona-
mento. Apesar da sua importância convém lembrar que a área em questão é 
relativamente nova, já que há 200 anos o homem ainda dependia de blocos de 
gelo extraídos da natureza para a produção de frio. O primeiro refrigerador 
doméstico, por exemplo, surgiu na década de 1930 e o primeiro ar condicio-
nado de janela na década de 50. 
É, portanto, com grande prazer que recebo o livro Introdução à Tec-
nologia da Refrigeração e da Climatização, de autoria do professor Jesué 
Graciliano da Silva, com a certeza que este em muito contribuirá para a 
formação de técnicos e engenheiros com foco nessa área maravilhosa da 
engenharia mecânica. O livro é escrito em uma linguagem didaticamente 
amigável, que prende a atenção do leitor do princípio ao fim. Adicione-se a 
isso um conjunto de exemplos práticos, figuras e diagramas ilustrativos que 
facilitam a compreensão do leitor. 
Ao longo do livro podem ser encontradas informações tanto de na-
tureza fundamental como aplicada, sempre com a profundidade necessária. 
1 O Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
Profissionais mais experientes podem fazer uso de capítulos específicos, sem 
a necessidade de seguir capítulo por capítulo, o que torna esse livro particu-
larmente interessante e, em última análise, uma ferramenta de engenharia. 
Conheço o professor Jesué há muitos anos, como aluno de graduação 
e de pós-graduação e também como professor do IFSC. Ainda como aluno 
ele se preocupava em organizar de maneira didática o material das aulas que 
assistia, repassando esse material para alunos de fases subsequentes. Parte 
desse material ainda pode ser encontrado entre os alunos do curso de Gra-
duação em Engenharia Mecânica da UFSC. Nada mais natural então do que 
a redação de um livro, ao assumir a posição de professor. 
Tenho a certeza que esse livro será bem recebido pela comunidade de 
refrigeração e condicionamento de ar, tanto por aqueles que se dedicam a 
atividades de ensino como por aqueles que realizam projetos na área. Apro-
veito a oportunidade para cumprimentar o professor Jesué pela perseverança 
e dedicação na redação desse livro e deixo aqui registrado o meu orgulho em 
tê-lo entre os meus inúmeros ex-alunos. 
Florianópolis,14 de Outubro de 2018 
Prof. Cláudio Melo, Ph.D 
AGRADECIMENTOS 
Sinto-me no dever de agradecer a todos que contribuíram para are-
alização deste livro, mas é um dever que cumpro com enorme satisfação. 
O primeiro agradecimento e reconhecimento é para Prof. Carlos Alfredo 
Clezar (in memorium), que pacientemente revisou cada capítulo da primei-
ra edição. Agradeço aos professores da Área Térmica do Departamento de 
Engenharia Mecânica da UFSC, Alvaro Prata, Rogério Ferreira, Sérgio Colle, 
Antônio Fábio e Cláudio Melo pelos primeiros ensinamentos dessa fascinan-
te área de conhecimento que é a refrigeração e o condicionamento de ar. 
Meu muito obrigado também aos colegas de trabalho do campus São 
José do IFSC - professores Adernar, Anastácio, Boabaid, Gilson, Franco, 
Jorge, Cleber, Samuel, Hyppolito (in memorium), George, Marcos, André, 
Sérgio e Maurício pela boa convivência. 
Agradeço, especialmente, aos professores Joaquim Manoel Gonçal-
ves, Alvaro Toubes Prata e Cláudio Melo pelos prefácios da 1 ª, 2ª e 3ª 
edição; aos professores Marcelo Luiz Pereira, e Rogério Vilain pela cessão 
dos textos sobre câmaras frigoríficas, qualidade do ar interior e quadros 
elétricos; às professoras Rosemary Maffezzolli dos Reis e Rosane Bolzan 
pela revisão ortográfica; aos professores Luiz Gustavo, Saulo Guths, Thia-
go Voigdlener e Susan Thiessen pela elaboração dos diagramas de pressão 
versus entalpia e sugestões técnicas e aos ex-alunos Samid Radamés e Edíl-
son Frutuoso pela elaboração de parte das ilustrações. 
Agradeço, também, aos demais colegas de trabalho do campus São 
José, da Reitoria e dos demais campus do IFSC, instituição da qual tenho 
orgulho de fazer parte. 
Agradeço aos meus alunos, razão maior de todo o meu trabalho, 
pelas sugestões. 
Agradeço, finalmente ao incentivo dado por minha esposa Sulayre, pelos 
meus filhos Gabriela e Arthur e pelos meus pais Rufino (in memorium) e Emilia-
na - retirantes da seca que, com sacrifício, criaram oito filhos e nunca deixaram 
de incentivá-los e acreditar em cada um deles. Somos hoje fruto dessa crença. 
Serei grato também a você, caro leitor, pelas contribuições, críticas e su-
gestões. Na era do conhecimento e das novas tecnologias é necessário que cada 
profissional procure se aperfeiçoar continuadamente. Por isso, recomendo a 
leitura complementar de artigos técnicos, revistas e sites especializados da área. 
Prof. Jesue Graciliano da Silva 
jesuegraciliano@gmail.com 
1 - INFORMAÇÕES PRELIMINARES 
A refrigeração é o nome dado ao processo de remoção do calor de 
um meio, reduzindo sua temperatura e mantendo essa condição por meios 
mecânicos ou naturais. As aplicações da refrigeração são muitas, tais como 
a conservação dos alimentos e a climatização ou condicionamento de ar. Na 
Figura 1.1 tem-se a representação de um sistema de climatização que fun-
ciona por meio da distribuição de água gelada produzida por urna central de 
refrigeração (chi/ler). 
ÁGUA 
DE CONDENSAÇÃO 
~ DO 
1 1 CHILLER 
TORRE DE ARREFECIMENTO 
-
FAN-COIL 
--- ÁGUA GELADA 
CALOR 
Figura 1.1 - Esguema de um sistema de climatização f a11-coil-chiller 
14 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
Para manter a qualidade de produtos perecíveis como frutas, carnes e 
verduras é importante conservá-los sob condições controladas de temperatu-
ra e umidade, não somente durante a armazenagem, como também durante 
seu transporte, desde os pontos de produção até o consumo. 
O desenvolvimento da tecnologia da refrigeração moderna teve início 
no século XIX. Mas a neve e o gelo natural já eram utilizados para o resfria-
mento de bebidas pelas antigas civilizações há mais de dois mil anos. Re-
centemente, foram descobertas algumas construções milenares destinadas a 
conservar o gelo por meio da utilização de materiais isolantes como cortiça e 
restos de madeira na Europa, América e Irã. De acordo com Gosney (1982), 
na Índia, os imperadores antigos usufruíam do gelo para resfriar os verões 
de Delhi e Agra (onde está localizado o famoso monumento Thaj Mahal). 
Os indianos também conheciam técnicas de resfriamento evaporativo e de 
produção de gelo noturno. 
A técnica de se enterrar pequenos animais na neve para consumo pos-
terior era conhecida pelos povos mais antigos. A conservação pelo gelo, a 
defumação e o salgamento foram as principais técnicas utilizadas para con-
servar os alimentos ao longo de séculos. 
Somente no século XVII foi possível conhecer, mais detalhadamente, os 
efeitos do resfriamento na conservação dos alimentos. O aperfeiçoamento do 
microscópio permitiu a descoberta das bactérias, enzimas e fungos. Pela primeira 
vez, compreendeu-se que esses organismos microscópios, presentes nos alimen-
tos, multiplicavam-se rapidamente em temperaturas elevadas e, dessa forma, de-
terioravam os alimentos. Porém, pareciam hibernar (dormir) sob temperaturas 
em torno de 1 O graus Celsius ou menores. Temperaturas mais baixas não mata-
vam estes micro-organismos, mas controlavam o seu crescimento. 
Nesse período da história, não havia um eficiente sistema de divulgação 
das descobertas científicas. Por isso algumas pesquisas permaneciam esque-
cidas por muitos anos. Como exemplo, tem-se o trabalho do professor uni-
versitário Willian Cullen (Edinburgh). Em 1755, Cullen baixou a pressão do 
éter para facilitar a sua evaporação e acelerar o processo de retirada de calor 
de uma pequena quantidade de água. Produziu-se, pela primeira vez, gelo ar-
tificial (Figura 1.2). O processo de retirada de calor da água pelo éter era des-
contínuo, necessitando de constante reposição do éter. A solução para esse 
problema foi providenciar um circuito fechado para a condensação do éter. 
Informações Preliminares 15 
BOMBA DE VÁCUO 
VAPOR DE ÉTER 
ÁGUA 
Figura 1.2 - Aparato para formação de gelo desenvolvido por Willian CuUen. 
Em 1803, Thomas Moore - de Maryland - construiu urna caixa de gelo 
isolada para transportar a manteiga produzida em sua fazenda, patenteando a pa-
lavra "refrigerator'. Dois anos depois, Oliver Evans, da Philadelphia, descreveu um 
ciclo de refrigeração fechado usando éter sobre vácuo. Em 1804, foi criada urna 
moderna rede de distribuição de gelo natural por Frederic Tudor, que mais tarde 
ficou conhecido como rei do gelo. Ele percebeu que o gelo natural - disponível 
em abundância nas geleiras do rio Hudson - podia ser transportado e vendido 
para as regiões mais quentes. Em 1880 foram comercializadas mais de 8 milhões 
de toneladas de gelo. Paris, Nova Iorque e Rio de Janeiro, por exemplo, eram 
abastecidas com regularidade por gelo natural, que era armazenado nos comér-
cios e residências em geladeiras de madeira com isolamento térmico (Figura 1.3). 
Figura 1.3 - Geladeira ópica utilizada no século passado. 
MATERIAL 
ISOLANTE 
Ti=RMICO 
16 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
A falta de confiabilidade da distribuição do gelo natural, que dependia 
da ocorrência de invernos rigorosos no hemisfério norte, motivou o desen-
volvimento de uma máquina de produção de gelo artificial. Nos Estados Uni-
dos, o médico John Gorrie patenteou, em 1851, um sistema de refrigeração 
de circuito fechado utilizando o ar como fluido refrigerante. Seu objetivo era 
reduzir a febre dos pacientes. 
A primeira descrição detalhada de um equipamento para produção de 
gelo foi patenteada em 1834 por Jacob Perkins (1766 - 1849). Mais de 50 anos 
depois, foi construída a primeira máquina de gelo por James Harrison, entre 
1856 e 1857. Em 1862, em uma exibição internacional em Londres, Daniel 
Siebe apresentou este equipamento ao público (Figura 1.4). 
Figura 1.4 - Ilustração da primeira máquina de fazer gelo apresentada por Harrison e Siebe. 
ASHRAE (2018). 
Diversos pesquisadores e inventores contribuíram para o avanço con-
tínuoda área de refrigeração. Muitas foram as patentes requeridas para os 
mais diversos tipos de refrigeradores. A ASHRAE publicou, recentemente, 
uma cronologia desses inventos. Além dos inventores citados anteriormente, 
tem-se John Hague, Alexander Twining, G. Richmann, David Boyle, Franz 
Windhausen, Carl von Linde e Ferdinand Carré (refrigeração por absorção 
de amônia) entre muitos outros. 
Informações Preliminares 17 
O século XIX marcou a incorporação da ciência como ferramenta es-
tratégica da produção. No início, o melhoramento das máquinas ocorreu pela 
ação de homens práticos. Com a criação das Escolas Politécnicas na França 
e na Prússia teve início a organização da pesquisa e da produção científica, 
que deu impulso para a Segunda Revolução Industrial. O desenvolvimento 
da refrigeração foi acompanhado por avanços nas pesquisas nos campos da 
eletricidade, aço, petróleo e motores. 
O primeiro refrigerador doméstico nos moldes atuais surgiu na se-
gunda década do século XX. A descoberta do ciclo de refrigeração e o 
desenvolvimento da máquina frigorífica abriram o caminho para o uso prá-
tico do ar condicionado. Em 1891, Eeastman Kodak instalou o primeiro 
sistema de ar condicionado em Nova Iorque para armazenamento de filmes 
fotográficos. Seis anos mais tarde, foi patenteado um dos primeiros equi-
pamentos de ar condicionado, por Joseph McCreaty (Estados Unidos). Seu 
sistema foi denominado lavador de ar (um sistema de resfriamento baseado 
no borrifamento de água). 
O cientista norte-americano Willis Haviland Carrier (1876 -1950), re-
alizou, com sucesso, o controle de temperatura e umidade ao instalar, em 
1906, um equipamento de ar condicionado em uma oficina gráfica. A primei-
ra instalação mecânica de ar condicionado do Brasil foi implantada em 1909 
no Teatro Municipal do Rio de Janeiro. 
Até o final da Segunda Guerra Mundial, o condicionamento de ar 
era utilizado principalmente em aplicações industriais. Posteriormente, ini-
ciou-se o desenvolvimento de sistemas visando ao conforto humano. Os 
aparelhos de ar condicionado de janela se popularizaram a partir de 1950. 
Atualmente, o setor de refrigeração e ar condicionado ocupa um lugar de 
destaque na vida moderna. Pode-se utilizar a climatização para controle de 
poluentes em uma sala limpa hospitalar, para congelamento rápido de pro-
dutos alimentícios, para armazenamento de frutas e verduras logo após a 
colheita, para conforto automotivo, para produção de bebidas fermentadas 
entre outras aplicações. Já é possível afirmar que o mundo desenvolvido 
tornou-se dependente da cadeia global do frio. Nas últimas décadas, ovo-
lume de pesquisas na área aumentou significativamente. O CFC havia-se 
tornado, desde a década de 1920, o refrigerante padrão da indústria devido 
18 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
as suas excelentes características termodinâmicas e químicas. No entanto, 
desde que, em 197 4, foi apresentado um modelo teórico, que previa a des-
truição de moléculas de ozônio na atmosfera por átomos de cloro oriundos 
da decomposição de moléculas de CFC, a comunidade científica passou a 
expressar uma preocupação com a continuada liberação desses gases na at-
mosfera. Essa preocupação foi enormemente aumentada com a identifica-
ção de uma correlação entre a liberação de CFC no ambiente e o processo 
de rarefação da camada de ozônio da atmosfera. 
A camada de ozônio é fundamental para a vida na Terra, uma vez que 
protege o planeta da incidência da radiação ultravioleta, causadora de diver-
sas doenças, como catarata, câncer de pele, além da morte dos fitoplânctons, 
pequenas algas que vivem na superfície dos oceanos e que são responsáveis 
pela maior parte da produção de oxigênio na atmosfera. 
Estas descobertas foram determinantes para a assinatura do Protocolo 
de Montreal (1987) e também para impulsionar novas pesquisas ao redor do 
mundo com o objetivo de substituir o CFC, obrigando, também, o desen-
volvimento de novos compressores e novos componentes pelas indústrias. 
Porém, a utilização dos novos fluidos refrigerantes exige uma maior quali-
ficação dos profissionais da área, pois uma manutenção deficiente implica a 
contaminação do sistema e a formação de ácidos nocivos aos compressores 
e aos demais componentes do sistema. 
Tanto na refrigeração como no condicionamento de ar, tem sido cres-
cente a preocupação em relação à conservação de energia e, também, com a 
qualidade do ar interior. Nesse sentido, é cada vez maior a adoção de equipa-
mentos tecnologicamente mais automatizados e de menor consumo, possi-
bilitando maior eficiência e ambientes mais limpos. O consumo do setor de 
climatização e de refrigeração é de aproximadamente 13% do total do con-
sumo de energia elétrica no Brasil (dados do PROCEL) sendo que no setor 
residencial essa participação ultrapassa 30%. 
No setor residencial, destacam-se os modernos equipamentos para re-
frigeração e para climatização. Comparativamente, pode-se afirmar que os re-
frigeradores domésticos atuais proporcionam uma redução de cerca de 30% 
de energia em relação aos mesmos aparelhos utilizados há algumas décadas. 
Na climatização residencial, pode-se destacar que a automação e .a abertura 
Informações Preliminares 19 
da economia brasileira no começo da década de 90, contribuíram para a en-
trada de dezenas de novas marcas de equipamentos, com novos desenhos e 
melhor desempenho de energia. Um exemplo são os cham ados splits, que são 
equipamentos "divididos" (Figura 1.5). 
E les são responsáveis por grande parte das vendas do setor de condi-
cionamento de ar. Apesar de fáceis de instalar, o uso indevido dos mesmos 
pode agravar problemas de qualidade do ar interior, principalmente, devido à 
falta da renovação de ar. 
Filtro 
Unidade 
Exterior 
Unidade 
Interior 
----· 
Tubulação 
de fluído 
refrigerante 
Dreno 
Figura 1.5 - Ilustração de um sistema de climatização do tipo split (dividido) 
Todas essas questões enunciadas levaram a uma significativa evolução 
tecnológica nos equipamentos e sistemas de refrigeração e condicionamento 
de ar, evidenciando a existência de uma grande demanda por pessoal técnico 
adequadamente capacitado na área, para que sejam capazes de acompanh ar o 
ritmo de evolução tecnológica. 
20 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
Nos últimos anos, a área de refrigeração e climatização no Brasil expe-
rimentou um crescimento muito superior ao crescimento do PIB brasileiro. 
De acordo com a ABRA VA - Associação Brasileira de Refrigeração, Ar-con-
dicionado, Ventilação e Aquecimento, isso se deve, principalmente, à popu-
larização dos aparelhos splits e ao desenvolvimento da indústria de alimentos 
congelados. O desperdício de alimentos por falta de refrigeração ainda é um 
desafio a ser superado. Uma pesquisa do IBG E mostrou que apenas 11 % das 
casas usam sistemas de climatização, o que significa que ainda é possível se 
crescer muito, para atingir patamares internacionais. 
2 - CONCE ITOS BÁSICOS 
A refrigeração e o ar condicionado baseiam-se na utilização direta de 
componentes que funcionam a partir de princípios físicos, desenvolvidos por 
meio do conhecimento do comportamento térmico das substâncias e dos 
fenômenos da transferência de calor. Na Figura 2.1 ilustra-se o processo de 
troca térmica entre um corpo de maior temperatura para o utro de menor 
temperatura. A esse processo, dá-se o nome de calor. 
Corpo quente 
Figura 2.1 - Calor trocado entre um corpo quente e um corpo frio 
A Termodinâmica pode ser definida como a área do conhecimento que es-
tuda as relações entre calor e trabalho e suas aplicações no desenvolvimento das 
máquinas térmicas. Já a Transferência de Calor estuda os diferentes mecanismos de 
troca de calor. Foi através destes conhecimentos que se fundamentaram a invenção22 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
da máquina a vapor, dos motores automotivos e das máquinas de refrigeração. Um 
exemplo simples da relação entre calor e trabalho pode ser observado na eolí-
pia, desenvolvida por Heron na Grécia Antiga. Esse brinquedo pode ser consi-
derado a primeira "máquina térmica" da qual se tem conhecimento, conforme 
ilustrado na figura 2.2. O calor aquece a água dentro da esfera. O vapor d' água 
sai pelos orifícios e faz a esfera girar. 
Trabalho 
Calor 
Figura 2.2 - Eolípia desenvolvida por Heron, Grécia antiga 
2.1 - Sistemas de unidades 
O Sistema Internacional de Unidades (SI) define as unidades utilizadas 
legalmente no nosso país. Isto é importante, pois o desenvolvimento da trans-
ferência de calor está totalmente baseado nas quatro dimensões básicas do Sis-
tema Internacional, que são comprimento (metro), massa (quilograma), tempo 
(segundo) e temperatura (kelvin). 
No Brasil, a escala de temperatura em graus Celsius é a mais comum. O 
zero na escala graus Celsius (OºC) é equivalente a 273, 15 K. Dessas unidades 
básicas derivam todas as demais, como algumas grandezas típicas da área de 
ciências térmicas apresentadas na tabela 2.1. 
Conceitos Básicos 23 
Tabela 2.1 - Unidades derivadas do SI para algumas grandezas 
Nome e Expressão em Grandeza 
símbolo Unidade unidade de base do SI 
Força Newton (N) m.kg/s2 m.kg/s2 
Pressão Pascal (Pa) N/m2 kg/m.s2 
Energia Joule (J) N.m m2.kg/s2 
Potência Watt (W) J/s m2.kg/s3 
Condutibilidade térmica - W/(m.K) m.kg/s3.K 
Coeficiente de transferência de calor - W/(m2.K) kg/s3.K 
Eventualmente, poderemos nos deparar com unidades do sistema in-
glês. Como exemplo, a carga térmica (termo muito utilizado em climatiza-
ção), muitas vezes, é calculada em BTU /h (12.000 BTU /h correspondem a 
3517 watts). Os catálogos dos fabricantes de condicionamento de ar trazem 
esta unidade na determinação da capacidade de seus equipamentos. Por isso, 
a tabela 2.2 de conversão de fatores é bastante útil. 
Tabela 2.2 - Fatores de conversão úteis 
1 lbf = 4,448 N 1BTU=1055] 
1 lbf / pol2 (ou psi) = 689 5 Pa 1 kcal = 4,1868 kJ 
1 pol = 0,0254 m 1 kW = 3413 BTU/h 
1HP=745,7 W = 2545 BTU/h 1 litro (1) = 0,001 m3 . 
1 kcal/h = 1,163 W 1 TR = 3517 W (tonelada de refrigeração) 
1 atm = 14,7 lbf/pol2 (ou psi) 12000 BTU/h = 1 TR = 3,517 kW 
A conversão de uma unidade para outra pode ser realizada por meio 
de aplicativos disponíveis nos celulares ou por uma simples "regra de três". 
Como exemplo, suponha que a carga térmica de um escritório foi estimada 
como sendo 18.000 W. Qual seria seu valor em kcal/h? Sabe-se que 1 kcal/h 
é igual a 1, 163W. Logo, 18.000W correspondem a 15.4 77kcal/h. 
No Brasil, o INMETRO - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade 
e Tecnologia - é a autarquia federal responsável por normatizar o Quadro 
Geral de Unidades de Medidas. 
24 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
2.2 - Energia 
Entende-se energia como um elemento capaz de causar transfor-
mações na natureza. Estas transformações podem ocorrer de diversas 
formas. Em sua expressão mais simples, energia é a capacidade de reali-
zar trabalho. Ela pode existir sob diversas formas, como energia térmica 
(calor), energia mecânica, energia química, energia elétrica etc., e pode 
ser transformada de uma destas formas para outra. Por exemplo, a ener-
gia química de uma bateria de acumuladores transforma-se em energia 
elétrica que passa em um circuito e acende uma lâmpada (energia lu-
minosa ou energia térmica) ou aciona um motor (energia mecânica). 
Embora a energia possa ser transformada de uma forma para outra, em 
um sistema fechado, ela não pode ser criada ou destruída. É o famo-
so princípio da conservação da energia. Na termodinâmica, trataremos 
apenas das transformações de energia mecânica (através do trabalho) e 
da energia térmica (através do calor). 
2.3 - Calor 
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), conforme mostrado na figura 2.3. Um 
corpo não possui calor, uma vez que calor é um processo transiente. 
Nesse caso, o calor recebido pelo corpo pode ser calculado por meio de 
equações que levam em consideração a massa do corpo, seu calor específico 
e a diferença de temperatura sofrida durante o processo. 
O calor pode ser trocado por três processos: São eles: a condução, a 
convecção e a radiação. Na condução, há necessidade de um meio físico para 
a transferência do calor; já a convecção necessita de um meio fluido, no qual 
o calor é levado por esse de um corpo a outro. Este meio já não é necessário 
quando se fala na radiação, que é a transferência de calor de um corpo a outro 
por meio de ondas eletromagnéticas. 
Conceitos Básicos 25 
CALOR 
FONTE DE CALOR 
Figura 2.3 - Calor trocado entre uma chama e um corpo 
2.4 - Trabalho 
Na área da termodinâmica, o conceito de "trabalho" está associado 
à energia mecânica capaz de provocar a movimentação de um corpo. E m 
refrigeração, tem-se o processo de compressão como exemplo mais simples 
de aplicação do conceito de trabalho (Figura 2.4). D entro do compressor, há 
um pistão realizando trabalho sobre um determinado volume de fluido re-
frigerante que é comprimido. O pistão se movimenta porque recebe energia 
mecânica do eixo do compressor, alimentado pela rede elétrica. 
FLUIDO 
REFRJGERANTE 
r -
1 CILINDRO 1 
PISTÃO 
Figura 2.4 - llustração da aplicação cio trabalho para comprimir o flu ido rcfrigerance 
2.5 - Potência 
Uma dada quantidade de energia pode ser disponibilizada em um 
26 Introdução à Tecnologia da Refr igeração e da Climatização 
tempo maior ou menor. D e acordo com o tempo que se pode disponibilizar 
a energia, tem-se mais ou menos potência. 
Na Inglaterra, nos primórdios da primeira Revolução Industrial, antes da 
invenção da primeira máquina a vapor de Thomas Newcomen (1664 - 1729), 
os cavalos eram utilizados como força motriz para se retirar a água das minas de 
carvão. Posteriormente, o engenheiro James Watt (1736 - 1819) aperfeiçoou 
a máquina de Newcomen e estabeleceu uma comparação da potência dis-
ponibilizada por esses equipamentos com a potência disponibilizada pelos 
cavalos. O HP ou horse-po1ver foi definida como a potência necessária para 
elevar verticalmente à velocidade de 1 pé/ min uma massa de 33.000 libras. No 
Sistema Internacional de Unidades tem-se que 1 HP equivale a aproximada-
mente 745,7W ou ainda 745,7]/s. 
2.6 - Estados da matéria 
Em geral, a matéria pode ser encontrada na natureza nas formas ga-
sosa, líquida e sólida. Através da aplicação de uma energia, tem-se a modi-
ficação de estado termodinâmico. Como exemplo pode-se observar a água. 
Comumente, podemos encontrá-la no estado sólido (gelo), líquido e gasoso 
(vapor), conforme esquematizado na Figura 2.5. 
Fusão Vaporização 
"' 
... Líquido Vapor Sólido 
... .. 
Solidificação Condensação 
Sublimação 
Figura 2.5 - Mudanças de estado da matéria 
Além da água, trabalha-se na refrigeração com Auidos refrigerantes. Estes Aui-
dos sofrem uma série de transformações cíclicas capazes de produzir o efeito da refri-
geração, tais como condensação e vaporização. Desta forma, podemos encontrá-los 
nos estados de liquido, mistura de líquido com vapor e de vapor dentro de um sistema. 
Conceitos Básicos 2 7 
2. 7 - Propriedades termodinâmicas 
As propriedades termodinâmicas representam as características que 
urna substância possui. Estas propriedades são muitas vezes tabeladas para 
um determinado estado em que a substância se encontre. Para cada substân-
cia, tem-se na literatura técnica diversas tabelas com as propriedadestermo-
dinâmicas de interesse. Como exemplo, observa-se que, se no fluido contido 
num cilindro dotado de um êmbolo móvel, a energia térmica deixa de ser 
aplicada, então o sistema pode reproduzir seu volume, temperatura e pres-
são iniciais. Desta forma, pode-se dizer que estas são propriedades do gás 
contido pelo sistema. Quando se tem a variação de urna destas propriedades, 
diz-se que o sistema sofreu uma transformação termodinâmica. As princi-
pais propriedades termodinâmicas são: temperatura, pressão, energia interna, 
entalpia específica, volume específico, condutividade térmica, calor latente 
de fusão, calor latente de vaporização, entropia, título e massa específica. A 
seguir, exploraremos estas propriedades: 
2.7.1 - 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 sub-
jetivo, a temperatura está associada a uma sensação térmica de quente e de 
frio. Porém, esta sensação não é suficiente para se afirmar que um corpo está 
quente ou frio, pois nossa sensação é relativa. Por esse motivo, foram criados 
os termômetros, que são equipamentos capazes de medir a temperatura dos 
corpos. 
Os mais comuns são os termômetros de coluna, os termopares e as ter-
moresistências. Diversas escalas de temperatura são encontradas, tais como: 
kelvin (K), grau Celsius (°C), grau Fahrenheit (ºF) e grau Rankine (ºR). Para se 
realizar a transformação de uma escala de temperatura para outra é possível 
utilizar algumas equações de conversão. Nos Estados Unidos da América, 
por exemplo, os aparelhos de climatização são regulados para temperatura de 
set-pointde 76ºF, que equivalem a aproximadamente 24,4ºC. Para transformar 
uma temperatura da escala grau Fahrenheit para a escala grau Celsius, faz-se: 
TC = 0,55 .(TF - 32) (2.1) 
28 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
Para transformar a temperatura de graus Celsius para kelvin, utiliza-se 
a expressão: 
TK = TC + 273, 15 (2.2) 
Na Figura 2.6 é possível visualizar as temperaturas de referência para as 
escalas grau Celsius, grau Fahrenheit e Kelvin. 
ºC K 
Ebulição da água 1 00 212 373 
Fusão do gelo o 32 273 
Figura 2.6 - Escalas termométricas para medição de temperatura 
Em refrigeração é também utilizado muito o conceito de temperatura 
de saturação, que é a temperatura em que ocorre a vaporização do fluido re-
frigerante a uma dada pressão, conhecida como sendo pressão de saturação. 
Para a água, por exemplo, ao nível do mar, a temperatura de saturação é de 
1 OOºC. Se uma substância se encontra como líquido à temperatura de satura-
ção, dizemos que ela está no estado de líquido saturado. Mas se a temperatura 
do líquido for menor que a temperatura de saturação para a pressão existente, 
o líquido é chamado de sub-resfriado. 
Quando em um recipiente fechado, o fluido encontrar-se no estado de 
mistura de líquido mais vapor, dizemos que a mistura se encontra na condição de 
saturação. Nessa condição, coexistem os estados de líquido e vapor. Para os flui-
dos utilizados na área de refrigeração, essa informação é importante porque, nes-
sa condição, basta informar a pressão, uma vez que a temperatura de saturação é 
tabelada. Da mesma forma, nessa condição, basta definir a temperatura porque, 
em uma tabela de propriedades, obtemos facilmente a pressão de saturação. 
A grandeza que informa o percentual de vapor na mistura de fluido satu-
rado é chamada de título (normalmente indicada pela letra "x"). Para o líquido 
saturado (só há líquido no recipiente), o título é zero. Para a condição de vapor 
saturado (há somente vapor no recipiente), o título é 1,0 (um). Quando uma 
substância se encontra completamente como vapor na temperatura de saturação, 
chamamos essa condição de vapor saturado. 
Conceitos Básicos 29 
Quando o vapor se encontra a uma temperatura maior que a temperatura 
de saturação, dizemos que, nessa condição o fluido está no estado de vapor supe-
raquecido. Na Figura 2.7 ilustramos a obtenção do vapor superaquecido. Observa-
mos que o Auido, já na condição de vapor saturado na saída do recipiente, recebe 
um aquecimento adicional. Nessa condição, o vapor se torna superaquecido. 
VAPOR D'ÁGUA 
SATURADO 
ttt 
.. 
VAPOR 
SUPERAQUECIDO 
CALOR ADICIONAL 
ttt 
CALOR 
figura 2.7 - Ilustração do processo de superaquecimento 
2.7.2 - Pressão (p) 
A pressão atuando em um ponto de um fluido é igual em todas as dire-
ções e pode ser definida pela componente normal da força aplicada por unida-
de de área de superfície. Equipamentos corno manômetros medem a pressão 
de fluidos tornando a pressão atmosférica corno referência. A essa medida, 
dá-se o nome de pressão manornétrica, conforme ilustrado na Figura 2.8. 
FLUIDO 
REFRIGERANTE 
VAPOR 
FLUIDO 
REFRIGERANTE 
LIQUIDO 
Figura 2.8 - Ilustração da medição da pressão incerna por meio de um manômetro. 
Na Figura 2.8, tem-se a leitura da pressão do fluido dentro do ci-
lindro corno sendo 1 OOpsi. A unidade psi é encontrada nos manifolds, que 
30 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
são equipamentos de merução de pressão utilizados pelos profissionais da 
área de refrigeração. Nesse caso, 14,7 psi correspondem a, aproximadamente, 
101,3 kPa. Logo, 100 psi correspondem a aproximadamente 689 kPa. 
É conveniente deixar claro que a unidade de pressão, o pascal (Pa), vem da 
sua própria definição, ou seja, força (expressa em newton) dividida pela área (ex-
pressa em metros quadrados). Um exemplo de pressão muito comum é a pressão 
atmosférica. Esta pressão é resultado da camada de ar sobre a Terra e é avaliada 
ao nivel do mar em 101.325 pascals ou 1 atmosfera (1,0atm). Para fins práticos 
pode-se arredondar esta pressão para 100.000 pascals, que é igual a 1,0bar. 
O físico italiano Evangelista Torricelli foi o primeiro a pesquisar o valor 
da pressão atmosférica ao nivel do mar. O pesquisador usou um tubo de vi-
dro graduado, com cerca de um metro de comprimento, fechado em uma das 
extremidades. Torricelli encheu o tubo de mercúrio e fechou a extremidade 
aberta com um dos dedos. E m seguida, inverteu o tubo e mergulhou-o em 
um recipiente também contendo mercúrio. Só então retirou o dedo e verificou 
que o mercúrio do tubo desceu até atingir a altura de 760mm acima do nivel 
de mercúrio contido no recipiente aberto (Figura 2.9). Ele deduziu então que 
o mercúrio desceu devido a pressão atuando na superfície do mercúrio do re-
cipiente, que equilibrou a pressão exercida pela coluna de mercúrio do tubo. 
Mercúrio (Hg) 
Pressão 
atmosférica 
Figura 2.9 - Ilustração do experimento para definir o valor da pressão atmosférica 
Simplificadamente pode-se dizer que a pressão de 1 atmosfera equivale a uma 
camada de 1 O metros de água sobre nossas cabeças. D essa forma, cada vez que um 
mergulhador desce 1 O metros na água percebe um aumento de pressão de 1 atmos-
fera. Logo, um mergulhador a 30 metros de profundidade estará submetido a uma 
pressão absoluta de 4 atmosferas (deve-se somar a própria pressão atmosférica). 
Em um sistema de refrigeração, é comum se trabalhar com pressões 
elevadas e também com pressões muito baixas, próximas do vácuo. 
Conceitos Básicos 31 
Se definirmos a pressão de um gás tendo como referência a pressão at-
mosférica, então, esta é chamada de pressão relativa ou manométrica. Senão, 
a pressão é dita absoluta. Por exemplo: se uma garrafa de fluido refrigerante 
tem pressão manométrica de 100 psi, então sua pressão absoluta é de 114, 7 
psi, pois 1 atmosfera equivale a 14, 7 psi. 
Em refrigeração, trabalhamos em diversas situações com pressões abai-
xo da atmosfera nos procedimentos de evacuação das tubulações de fluido 
refrigerante (comumente chamado de fazer vácuo). O esquema representado 
na Figura 2.1 O ilustraos níveis de pressão e a diferença entre pressão absoluta 
e pressão manométrica. 
NiVEL DE PRESSÃO 
PRESSÃO 
ABSOLUTA 
PRESSÃO 
MANOMÉTRICA 
VÁCUO 
--
PRESSÃO 
ATMOSFÉRICA 
Figura 2.1 O - Representação esquemática dos níveis de pressão 
Para a obtenção de níveis de vácuo aceitáveis, em um sistema de refri-
geração, é fundamental o uso de bombas de vácuo. O uso destes equipamen-
tos se deve ao fato de que é preciso que se reduza a pressão abaixo de 29,91 
polegadas de Hg dentro das tubulações, de tal forma a evaporar qualquer 
umidade existente. Nessa situação, a umidade se evapora a aproximadamente 
-31ºC. Na Figura 2.11 tem-se a ilustração de uma bomba de vácuo insta-
lada em um circuito de refrigeração. Observamos que a bomba de vácuo é 
conectada por meio das mangueiras do manifold pela válvula de serviço. Um 
vacuômetro é utilizado para medição do nível do vácuo dentro da tubulação. 
Normalmente é utilizada a unidade micrometro de mercúrio (µm Hg) para 
avaliar o grau de vácuo dentro das tubulações. Essa unidade é comumente 
chamada de "micron". O nível de vácuo adequado para diversos tipos desiste-
mas de refrigeração é de aproximadamente 500 microns de Hg. 
32 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Cl imatização 
Válvula de 
serviço (VS) 
Dispositivo de 
expansão 
Vacuõmetro 
Bomba de vácuo 
Unidade condensadora 
Figura 2.11 - lluscração da ucilização de uma bomba de vácuo. 
2.7.3 - Massa específica ( p) 
A massa específica de uma substância (também conhecida como densi-
dade) é caracterizada através de uma relação da sua massa com o seu volume. 
Ou seja, uma substância pode ter um grande volume e possuir pouca massa, 
como é o caso dos isolantes térmicos. Por outro lado, há substâncias que têm 
pequeno volume, mas possuem elevada massa. Estas substâncias têm, então, 
uma massa específica elevada. A massa específica de algumas substâncias é 
fortemente influenciada pela sua temperatura. Como exemplo tem-se o ar, 
que é mais denso conforme sua temperatura diminui. A água no estado sóli-
do tem massa específica aproximadamente 10% menor que a massa específi-
ca da água no estado líquido. 
Tabela 2.3- Massas específicas aproximadas 
Material Densidade (kg/ m3) 
Aço 7600 
Óleos 800 
Alumínio 2700 
Mercúrio 13600 
Água no estado liquido 1000 
Conceitos Básicos 33 
2.7.4 - Calor Específico (e) 
O calor específico de um corpo foi definido como sendo a quantidade 
de calor necessária para elevar a temperatura de uma unidade de massa em 1 
grau de temperatura. O calor específico da água foi definido como sendo 1,0 
kcal/ (kg. 0 C). 
Tabela 2.4- Calor específico aproximado para diversas substâncias (tempe-
ratura ambiente) 
Substância Calor específico Calor específico (kcal/ (kg. ºC)) (kJ /(kg. ºC)) 
Cobre 0,032 0,134 
Alumínio 0,22 0,921 
Agua no estado liquido 1,00 4,186 
Água no estado sólido 0,50 2,093 
Agua no estado vapor 0,48 2,010 
É conveniente ressaltar, também, que para gases é comum definir calor 
específico considerando-se a pressão constante (c~ ou o volume constante 
(cJ. Esta diferenciação é importante no estudo da termodinâmica. 
2.7.5 - Condutividade Térmica (k) 
A Condutividade térmica indica a facilidade ou dificuldade que um 
corpo apresenta para conduzir calor. Os metais têm maior facilidade para 
transferir calor do que a madeira, por exemplo. Na Figura 2.12 é ilustrado o 
processo de troca de calor por condução entre dois corpos ligados por um 
material de condutividade térmica k. 
MATERIAL 
QUENTE 
MATERIAL COM 
CONOUTIVIDADE Ti:RMICA K 
T2 >T1 
Figura 2.12 - Condutividade térmica dos materiais. 
T1 
MATERIAL 
FRIO 
34 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
Na Tabela 2.5, a seguir, tem-se uma lista de alguns materiais e suas 
respectivas condutividades térmicas. Esses valores são apenas aproximados, 
pois dependem da densidade e composição do material. Destacamos a con-
dutividade térmica do poliuretano, que é muito baixa comparada com ma-
teriais como tijolos e metais. Essa é a explicação para o uso desse tipo de 
material na construção das paredes das câmaras frias. Já o cobre tem elevada 
condutividade térmica e, por isso, é usado para construção dos trocadores de 
calor dos refrigeradores e condicionadores de ar. 
Tabela 2.5- Condutividade térmica aproximada para diferentes materiais 
Material Condutividade térmica (W / m.K) 
Aço 55 
Madeira 0,15 
Cobre 386 
Alumínio 209 
Ar 0,03 
Tijolo maciço 1,32 
Poliuretano - PUR 0,030 
Poliestireno - EPS 0,035 a 0,040 
A avaliação da condutividade térmica de um material não é simples na 
prática. Nem sempre é possível se determinar com exatidão o tipo de tijolo ou 
de madeira de uma obra. Por esse motivo os valores mostrados acima devem ser 
lidos como uma ordem de grandeza. Para maior precisão é necessário utilizar 
dados experimentais específicos para cada material de interesse. 
2.7.6 - Entalpia Específica (h) 
A entalpia específica indica o nível de energia por unidade de massa 
em que se encontra a substância devido a sua energia interna e a sua pres-
são. Seu valor é encontrado em tabelas de propriedades termodinâmicas. 
O símbolo empregado para representá-la é "h" e sua unidade é kJ/kg. A 
entalpia de um fluido refrigerante em uma dada pressão tem como refe-
Conceitos Básicos 35 
rências o líquido saturado (h1• .d \ o vapor saturado seco (h ) e o h1 1qu1 oi vapor- v 
(entalpia para mudança de fase ou de vaporização). Na tabela 2.6, tem-se 
um exemplo de valores de entalpia para o R134a. Observe que a entalpia 
hlíquido está relacionada com o instante em que o fluido refrigerante encon-
tra-se totalmente no estado líquido. Já h é quando o fluido se encontra 
vapor 
totalmente no estado de vapor saturado. Há, ainda, outras tabelas para 
situações em que o fluido se encontra no estado de vapor superaquecido 
ou no estado de líquido sub-resfriado. 
Tabela 2.6- Propriedades do R134a para duas condições de temperatura 
T (ºC) P (kPa) hlfquido (kJ /kg) hvapor (kJ/kg) hl d . -v (kJikg)ªçao 
-10 201,7 186,72 392,28 205,56 
40 1017,1 256,53 419,82 163,28 
Considerando que definimos o conceito de entalpia para mudança 
de fase (h1) é conveniente também, apresentar um conceito análogo, o 
calor latente de fusão (Lrusã), que é definido como a quantidade de calor 
necessária para fundir (derreter) uma determinada quantidade de massa 
de uma substância. O gelo, por exemplo, necessita de 80 kcal para que 1 
kg do mesmo se derreta; já Calor Latente de vaporização (LvapoJ é a quan-
tidade de calor necessária para vaporizar uma certa quantidade de massa 
de uma substância. A água, por exemplo, necessita de 540 kcal para que 
cada quilograma se evapore. 
Tabela 2. 7 - Calor latente de fusão e de vaporização 
Substância Lfusão L vaporização 
Água 80 kcal/kg ou 540 kcal/kg 334,88 kJ /kg 2260,44 kJ /kg 
36 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
2.7.7 - Entropia específica (s) 
Podemos transformar a totalidade do trabalho em calor, mas a transfor-
mação inversa não se produz de maneira completa. Em todas as transforma-
ções, há sempre uma produção de uma certa quantidade de calor. Ou seja, a 
energia em um sistema isolado se conserva, porém, seu valor utilizável sempre 
diminui. Assim, quando temos uma fonte quente e outra fria, sempre podemos 
realizar trabalho entre estas duas fontes. À medida que a temperatura entre as 
duas fontes se iguala, a perspectiva de realização de trabalho fica reduzida. 
Pode-se dizer que a entropia depende do estado do sistema, aumenta 
em todas as transformações e está ligada à degradação da energia utilizável 
e, desta forma, esta propriedade está associada à ideia de eficiência. Quanto 
mais eficiente um processo termodinâmico, menor o desperdício de energia. 
O símbolo empregado para a entropiaespecífica é o "s" e a unidade é (kJ/ 
(kg.K)). Na avaliação da eficiência dos ciclos térmicos é muito comum atri-
buir o processo de compressão como sendo isoentrópico. Ou seja, a entropia 
do fluido refrigerante na entrada do compressor é igual à entropia na saída. 
2. 7 .8 - Diagrama pressão versus entalpia específica 
A maioria dos fluidos refrigerantes comporta-se como substâncias 
puras. A substância pura muda de fase à temperatura constante (mantida a 
pressão constante). Desta forma, uma massa de água pura congelada, ao se 
derreter ao nível do mar, mantém sua temperatura constante em zero grau. 
Já para evaporar (ao nível do mar), a água manterá sua temperatura constante 
em 1 OOºC. Outra característica importante é que uma substância pura apre-
senta uma relação entre a pressão e a temperatura, dada em diagramas. Ou 
seja, para cada temperatura de saturação, tem-se uma pressão de saturação. 
Para cada pressão de saturação tem-se uma temperatura de saturação. 
Em Termodinâmica, é muito comum representar o ciclo que ocorre 
num processo de refrigeração através de curvas características ou diagramas. 
O diagrama mais utilizado em refrigeração é pressão versus entalpia (Figura 
2.13). Este diagrama se mostra conveniente devido ao fato de trabalharmos, 
na maioria das vezes, com substâncias que se condensam e se vaporizam iso-
baricamente, isso é, em uma pressão constante. 
PRESSÃO 
ISOTÉRMICA 
SATURAÇÃO 
(L+V) 
ISOTÉRMICA 
Conceitos Básicos 3 7 
VAPOR SUPERAQUECIDO 
ENTALPIA ESPECIFICA 
Figura 2.13 - Diagrama esquemático entre pressão e entalpia específica 
Observamos na Figura 2.13 a existência de linhas chamadas isotérmicas. Se a 
transformação termodinâmica do fluido refrigerante ocorrer sobre essa linha então 
sua temperatura é mantida constante. O mesmo acontece com as linhas isoentrópi-
cas (entropia constante) e isobáricas (pressão constante). O diagrama apresenta 3 
regiões bem definidas: a de líquido sub-resfriado, a de saturação e a região de supe-
raquecimento. Dentro da região de saturação o fluido sempre se encontrará como 
uma mistura de líquido e vapor. Na região de superaquecimento o fluido sempre se 
encontrará como superaquecido. A compressão do fluido acontece dentro da re-
gião de vapor superaquecido. Já a vaporização do fluido acontece na região de satu-
ração, pois nessa situação o fluido está passando por uma transformação de líquido 
para vapor. Os pontos A e B localizados sobre uma linha isobárica representam as 
condições de 0% de vapor e de 100% de vapor, respectivamente. 
2.8 - Conservação da energia 
"Na natureza nada se cria e nada se perde, tudo se transforma" Esta 
frase ficou famosa e é atribuída ao físico-químico francês chamado Antoi-
ne Lavoisier (1743 - 1794). Benjamim Thompson (1753 - 1814) formulou 
a tese de que calor é uma forma de energia, a qual poderia ser transferida de 
um corpo para outro, sem ser destruído. Essa constatação ficou conhecida 
como a equivalência entre calor e trabalho. Desta forma, pode-se observar 
que é possível a conversão de energia mecânica em energia térmica. Um 
exemplo é quando atritamos dois pedaços de madeira (a maneira primitiva de 
38 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
se fazer fogo). Experimentos do físico inglês James Prescott Joule (1818 - 1889) 
permitiram medir o trabalho necessário para produzir uma quantidade de calor, 
determinando o equivalente mecânico de calor, representado por joule (Figura 
2.14). Ou seja, 4,186 joules de energia mecânica quando convertidos em calor 
elevarão a temperatura de 1 grama de água em 1 grau Celsius. Por definição 1 
caloria foi designada como sendo igual a 4, 186 joules. 
Figura 2.14 - Esquema da obtenção do equivalente mecânico entre calor e trabalho 
2.9 - Sistema e volume de controle 
Para compreendermos melhor o princípio da equivalência entre calor e 
trabalho, é conveniente definirmos o que é um sistema e o que é um volume 
de controle. Com essas definições, será possível escrevermos uma equação 
de conservação da energia, conhecida também como a Primeira Lei da Ter-
modinâmica. Sistema termodinâmico é o nome dado a uma quantidade de 
matéria com massa e identidade constantes, sobre a qual nossa atenção é di-
rigida. Tudo o que for externo ao sistema é considerado vizinhança ou meio 
exterior. O sistema é separado de um meio exterior através de uma fronteira 
bem delimitada, que pode ser real ou imaginária, fixa ou móvel. O sistema 
pode trocar calor e trabalho com o meio, mas mantém sua massa constante 
durante o processo. Como exemplo, temos o cilindro da Figura 2.15, no qual 
um gás tem seu volume aumentado através da aplicação de energia térmica 
na forma de calor. Observa-se que o gás está inserido em um sistema fecha-
do com fronteira móvel delimitado imaginariamente pelo êmbolo (que pode 
se movimentar livremente para cima) e pelas paredes do cilindro. O calor é 
recebido pelo gás e esse pode realizar trabalho, levantando o êmbolo, por 
exemplo. Desta forma fica claro que o sistema pode trocar energia mecânica 
e térmica com o meio, mas tem sua massa constante, porque não entrou nem 
saiu massa do sistema. 
Conceitos Básicos 39 
TRABALHO 
SISTEMA COM MASSA CONSTANTE 
Figura 2.15 - Sistema formado por um gás aprisionado por um êmbolo 
Muitas dificuldades, porém, podem surgir na análise de sistemas térmicos 
pela escolha inadequada do sistema a ser estudado. Por esse motivo, criou-se, 
também, o conceito de volume de controle, que nada mais é do que um sis-
tema aberto que admite a variação da sua massa (Figura 2.16). Esse conceito 
é bastante importante na análise de máquinas térmicas como compressores, 
bombas, ventiladores e turbinas. Em um volume de controle, a massa, o calor e 
o trabalho podem ser transportados através da superfície de controle. 
CONDIÇÃO 1 
VAZÃO MÁSSICA m 
h1, V1 e Z1 
r:~:::,,; -- VOLUME DE 
q,,;;. 
. ;1, ,.. -,fONTROLE (VC) 
\ 
\ 
\ CONDIÇÃ02 
VAZÃO MÁSSICA m 
h2, V2 e z2 
Figura 2.16- Utilização de um volume de controle para realização de balanço de energia. 
Em regime permanente, a aplicação da lei de conservação da massa e 
da energia no volume de controle, apresentado acima, fornece: 
(2.3) 
40 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
Onde: m é a vazão mássica, kg/ s; h é entalpia específica, kJ / kg; V é a 
velocidade, m/s; zé a elevação, m; g é a constante de aceleração gravitacio.-
nal = 9,81 m/ s2; q é a taxa de transferência de energia térmica em watts; W 
é a taxa de transferência de energia na forma de trabalho em watts. 
Essa é uma forma simples de se expressar a Primeira Lei da Termo-
dinâmica. Essa equação pode ser aplicada para calcular as trocas de energia 
que ocorrem nos componentes de um sistema de refrigeração, tais como no 
compressor, no evaporador ou no condensador. Mais informações sobre o 
desenvolvimento dessa equação podem ser obtidas em bibliografia específica 
de Termodinâmica. Para exemplificar a aplicação da equação, observamos o 
esquema de um ciclo de refrigeração por compressão de vapor, ilustrado na 
Pigura 2.17. O Auido refrigerante circula internamente por dentro das tubula-
ções do sistema, atravessando o evaporador (4 para 1), o compressor (1 para 
2), o condensador (2 para 3) e o dispositivo de expansão (3 para 4) . 
DISPOSITIVO 
DE EXPANSÃO 
.. 
CONDENSADOR 
REFRIGERANTE 
TEMPERATURAALTA • Óc 
-----------------------..... 
t 
TEMPERATURA BAIXA 
--------------------
• Oe 
0 EVAPORADOR CD 
w 
f igura 2. 17 - Ciclo básico de refrigeração por compn:ssào mecânica de vapor 
Observa-se na Figura 2.17, que podemos traçar 3 volumes de contro-
le. O primeiro (VC1) envolve o evaporador. O segundo (VC2) envolve o 
compressor e o terceiro (VC3) o condensador. Também, há 4 pontos, que 
representam os 4 estados termodinâmicos cm que seencontra o Auido refri-
gerante durante o ciclo de refrigeração. No diagrama pressão versus entalpia, 
ilustrado na Figura 2.1 8, desenhamos os pontos 1, 2, 3 e 4. D o ponto 4 para 
1, acontece a vaporização do Ruido a pressão constante. D o ponto 1 para 2, 
acontece a compressão. De 2 para 3, acontece a condensação (inicialmente o 
Auido tem sua temperatura reduzida antes do início da condensação). Entre 
o ponto 3 e 4 acontece a expansão do Auido refrigerante. 
Conceitos Básicos 41 
No processo de vaporização, o fluido refrigerante recebe calor doam-
biente interno refrigerado. Para fins de aplicação da Primeira Lei da Termo-
dinâmica, trabalhamos com o conceito de potência de refrigeração. Quando 
multiplicamos a entalpia do ponto 4 pela vazão mássica de fluido refrigerante 
passando pelo ponto 4, temos uma grandeza termodinâmica que representa o 
potencial do fluido na entrada do evaporador. O mesmo pode ser feito na saída. 
A diferença entre estes dois potenciais é chamada de potência de refrigeração. 
Pressão (kPa) 
Pc 
Comqressão 
Pe _ _.02 Vaporização © : 
1 --+ 1 
-+-----1'i------+-----.-I _ Entalpia Específica 
h3= h4 h1 h2 (kJ/kg) 
Figura 2.18 - Diagrama de pressão versus entalpia 
As leis da conservação da energia e da massa devem ser aplicadas para 
cada processo termodinâmico pelo qual passa o fluido refrigerante. Em cada 
caso, ela será simplificada convenientemente. A vazão mássica é constante em 
todos os processos. 
Para o evaporador (VC1) podemos escrever que a vazão mássica de fluido 
refrigerante multiplicado pela entalpia espeáfica de entrada (ponto 4), somada com 
a potência de refrigeração ( QE ), que é absorvido em kW do meio refrigerado pelo 
fluido refrigerante, é igual a vazão mássica do fluido (kg/s) multiplicado pela ental-
pia específica (kJ /kg) de saída (ponto 1 ). Dessa forma, escrevemos a equação 2.4. 
m·h +Q· =m·h 4 E l 
(2.4) 
No compressor (VC2), podemos escrever que a vazão mássica multipli-
cado pela entalpia de entrada (ponto 1) é igual a vazão mássica multiplicado 
pela entalpia de saída (2), somada com a potência de compressão, conforme 
expresso na Equação 2.5. 
42 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
m·h +w =m·h ~w =m·(h -h) 1 e 2 e .L~ 1 (2.5) 
Para o condensador (VC3), também escrevemos: 
(2.6) 
2.1 O - Trocas de calor 
Os efeitos das trocas de calor entre um corpo e outro podem ocorrer 
na forma sensível e na forma latente. Observa-se que, quando o calor aplica-
do modifica a temperatura do corpo, é chamado de calor sensível. Porém, se 
há modificação do estado físico da matéria (mudança de fase), então dá se o 
nome a esse processo de troca de calor latente. 
Para exemplificar, vamos supor que uma massa de lkg de gelo a 
-20°C seja aquecida. O cálculo da quantidade de calor necessária duran-
te este processo pode ser realizado por meio da expressão (2.7), com-
posta por 3 parcelas. A primeira parcela da equação se refere ao cálculo 
do calor sensível; a segunda se refere ao calor latente e a terceira se 
refere ao calor sensível. 
Onde: m é a massa da substância a ser aquecida; c é o calor específico 
(o calor específico do gelo é a metade do calor específico da água líquida) 
obtido da Tabela 2.4; ~T é a diferença de temperatura entre a condição final 
e a condição inicial; Já "Lfusão" é o calor latente de fusão, que é a quantidade 
de calor que se acrescenta ao corpo e que causa uma mudança de estado, sem 
mudança de temperatura. A Figura 2.19 ilustra esse processo. 
Conceitos Básicos 43 
Qsens Ola tente Qsens 
Figura 2.19 - Curva de aquecimento de uma massa de água 
Em um primeiro momento, ocorre a elevação da temperatura do gelo 
de -20 até OºC (calor sensível sendo trocado). Essa parcela é calculada como 
Q1=10kcal (1kcal=4,186kJ). A água tem como característica ser uma substân-
cia pura e, desta forma, muda de fase à temperatura constante. Nesta etapa, há 
apenas troca de calor latente: Q2=80kcal (334,9kJ). Todo o gelo transforma-
-se em água líquida e, neste momento, inicia-se o processo de aquecimento, 
no qual há troca de calor sensível. O aquecimento prossegue até que a água 
atinja o ponto de vaporização a 1 OOºC, sendo o calor trocado de O a 1 OOºC, 
Q3=100kcal (418,6 kJ). Neste instante, a variação de temperatura cessa e a 
troca de calor latente é iniciada. O calor total envolvido no processo é de 190 
kcal. Lembre-se que o calor específico da água no estado sólido é metade do 
calor específico da água no estado líquido. 
2.11 - Mecanismos de transferência de calor 
Sabemos que calor é transferido de um corpo para outro desde que 
exista uma diferença de temperatura entre eles. Sabemos ainda que todas as 
substâncias são formadas por átomos. Esses, por sua vez, agrupam-se for-
mando moléculas. Também, já apresentamos que o conceito de temperatu-
ra está associado à velocidade de movimentação destas moléculas, ou seja, 
quanto maior a temperatura, maior a vibração das moléculas. Agora, para 
compreender melhor as trocas térmicas, vamos apresentar mais detalhes dos 
três modos de transferência de calor: condução, convecção e radiação. 
A condução está fundamentalmente associada ao choque entre moléculas 
com diferentes velocidades de vibração, com as moléculas mais velozes se 
44 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Cl imatização 
chocando com as moléculas mais lentas transferindo assim energia cinética. 
Essa forma de transferência de calor ocorre basicamente nos corpos sólidos. 
Um der,'llhe importante é que não ocorre alteração da posição das moléculas ao se 
chocarem. Ou seja, as moléculas trocam energia entre si, mas não mudam de lugar 
no espaço. Segundo fourier (1768 -1830), a ta.xa de troca de calor unidimensional, 
que ocorre entre os dois lados de uma parede sólida, pode ser escrita como segue: 
Q = k.A,.L\T 
L 
(2.8) 
Onde Q é o fluxo de calor trocado 0.XI), k é a condutividade térmica da 
parede (\,Y//m."C), 1\ é a área superficial da parede (m2), t!..T é a diferença de tem-
peratura entre os dois lados da parede ("C) e L é a espessura da parede (m). A Fi-
gura 2.20 ilustra o processo de troca de calor por condução através de uma parede. 
T1 
ÔT=T1-T2 
PAREDE DE 
ESPESSURA "L • 
CALOR TROCADO 
POR CONDUÇÃO 
Figura 2.20 - Ilustração do 
processo de condução através 
de uma parede. 
Em diversas situações, como por exemplo, na distribuição de água ge-
lada para climatização, temos trocas de calor entre o fluido movimentado 
dentro da tubulação e o meio exterior. Podemos, também, ter o transporte de 
Auidos aquecidos, conforme ilustrado na F igura 2.21. 
Figura 2.21 - Ilustração do 
processo de condução em 
um cubo (f1 >T2) 
CALOR TROCADO POR 
CONDUÇÃO 
T1 > T2 
Conceitos Básicos 45 
Q = 2.7t.k. L. ~T ln(~) (2.9) 
Para o uso da equação, consideramos que R2 é o raio externo, R 1 é o 
raio interno, L, o comprimento da tubulação e dT = (Tl - T2). Observe que 
"ln" é o logaritmo natural e 7t (pi) é aproximadamente 3, 14. 
É conveniente, para o estudo das trocas de calor, a comparação com 
um circuito elétrico equivalente. Nesse caso, podemos dizer que a conduti-
vidade térmica é equivalente à resistência elétrica que atravessa um determi-
nado fio, conforme ilustrado na Figura 2.22. A diferença de potencial é equi-
valente ao diferencial de temperatura. A taxa de calor trocado é equivalente a 
uma corrente elétrica que passa pelo fio. 
k = CONDUTIVIDADE 
TÉRMICA DA PAREDE o Q 
e::::> 
~ T1 L T2 
k 
Figura 2.22 - Analogia entre a transferência de calor com um circuito elétrico equivalente 
Dessa forma, podemos escrever a equação 2.8 da seguinte forma: 
(2.10) 
46 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
Onde R = L/k. Essa analogia facilita os cálculos de trocas de calor, 
eq 
principalmente em problemas envolvendo paredescompostas e também en-
volvendo convecção, conforme veremos adiante. 
O segundo modo de transferência de calor, a convecção, ocorre em 
fluidos (líquidos e gases). Consiste na superposição de dois mecanismos dis-
tintos: a difusão de energia entre as moléculas e a movimentação destas mo-
léculas. Nos fluidos, as moléculas não apresentam uma ligação tão forte entre 
si, não estão rigidamente presas, como nos sólidos. Ou seja, elas podem mu-
dar livremente de lugar no espaço. Como elas são livres para se movimentar 
(movimento do fluido), ao se deslocarem elas "carregam" consigo a energia 
térmica adquirida. Ao mesmo tempo, novas moléculas de fluido entram em 
contato com a superfície sólida, aquecendo-se e reiniciando o processo. 
A expressão matemática para o cálculo do calor trocado por transferên-
cia de calor por convecção foi proposta a partir de observações físicas, já em 
1701, por Isaac Newton (1643 - 1727) é: 
(2.11) 
Onde hc é o coeficiente de transferência de calor por convecção (>XI/ m2•0q, As 
é a área superficial de troca (m~, Tsé a temperatura da superficie (°q e Tar é a tempera-
tura do ar (°q. A determinação do coeficiente de transferência de calor por convecção 
pode ser obtida em bibliografia específica de transferência de calor. O processo de 
convecção sobre uma superficie plana aquecida é ilustrado na Figura 2.23. 
TEMPERATURA 
DOAR (Tar) CORRENTES DE CONVECÇÃO 
Figura 2.23 - Ilustração das trocas por convecção sobre uma superfície. 
Conceitos Básicos 47 
Todo corpo com temperatura maior que O (zero) Kelvin emite energia 
na forma de radiação. Essa energia é tanto maior quanto maior for sua tempe-
ratura (isso é, sua agitação molecular). Este tipo de transferência de calor não 
precisa de um meio material para se realizar. Um exemplo é a energia do Sol. 
No espaço entre o Sol e a Terra, praticamente não existe matéria (vá-
cuo). Mesmo assim, a energia do Sol alcança nosso planeta. Essa transferên-
cia de energia (calor) se dá por meio de ondas eletromagnéticas (radiação). 
Se a superfície for opaca (telhados e paredes), a radiação é absorvida em sua 
maioria pela estrutura. Uma parte é refletida, principalmente se as superfícies 
externas forem claras. 
A radiação absorvida penetrará até o ambiente interno por condução. 
Se a superfície for transparente (vidros), a radiação incidente se divide em 
3 partes: uma parte é refletida, principalmente quando se utilizam películas 
refletivas; outra parte é absorvida pelo material e outra é transmitida para 
dentro do ambiente diretamente. Na Figura 2.24, ilustramos esse processo. 
RADIAÇÃO~ 
INCIDENTE ~ 
úl 
RADIAÇÃO 
REFLETIDA 
RADIAÇÃO 
ABSORVIDA 
VIDRO 
RADIAÇÃO 
TRANSMITIDA 
Figura 2.24 - Radiação solar incidente sobre uma superfície transparente. 
A radiação solar incidente varia de acordo com a localização geográfica, 
hora do dia e dia do ano. Na literatura especializada, há tabelas, com essas in-
formações, que são importantes para se realizar a estimativa da carga térmica. 
48 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
Na prática, os três processos de transferência de calor ocorrem simul-
taneamente. Por esse motivo é muito comum a utilização de um Coeficiente 
G lobal de Transferência de Calor (U) na avaliação das trocas de calor. A uni-
dade de Ué W / m2.ºC. 
Exemplo de Aplicação: 
Uma parede composta por 3 camadas de diferentes materiais se-
para um ambiente interno, gue está a 20°C, de outro ambiente externo, 
gue está a uma temperatura de 32°C. Suponha que a área superficial 
da parede seja de 30 m2• O primeiro material é o reboco (condutivida-
de térmica kr = 1,15 W /mºC), o segundo tijolo maciço (condu tividade 
térmica kt = 1 ,32 W / m .ºC), e o terceiro isolamento do tipo poliestire-
no (condutividade térmica kEPs = 0,035 W / mºC). As espessuras são de 
2cm, 20cm e Sem respectivamente. Esses valores devem ser convertidos 
em metros: 0,02m, 0,20m e O,OSm. 
Para resolver essa guestão, ilustrada na Pigura 2.25, precisamos ainda 
conhecer os valores do coeficiente de convecção do ar. Seja hrn o coeficiente 
de convecção externo e h. o coeficiente de convecção interno. Normalmen-
mt 
te, h é da ordem de 25W / m2oC e h. é da ordem de 7W / m2ºC. 
cxt int 
Tar externo 
TIJOLO MACIÇO (kt) 
ESPESSURA (Lt) 
CALOR TROCADO 
NTRE LADO EXTERNO E INTERNO 
Tar interno 
ISOLANTE(f<eps) 
ESPESSURA (Leps) 
Figura 2.25 - Ilustração do uso do coeficicnce global de transferência de calor 
Conceitos Básicos 49 
Podemos fazer uma analogia com um circuito elétrico em série, con-
forme figura 2.28. 
Tarextemo 
Figura 2.26 - Circuito elétrico equivalente para transferência de calor 
Assim, definimos o coeficiente global de transferência de calor "U" da 
seguinte forma: 
U= _1 ~ U= (-1 + Lr + .!::!.. + LEPs + _l )-• 
Req hcxt kr kt kEPS hint 
(2.12) 
[ 
1 0,02 0,2 0,05 1 ]-I w 
U = 25 + 1,15 + 1,32 + 0,035 + 7 = 0,56 m2• ºC 
Podemos aplicar esse valor de "U" na equação de Fourier modificada 
obtendo: 
Q = U. Área. (Tae -T
8
) => Q = 0,56.30.(32-20) = 201W 
Se essa parede fosse construída apenas com o tijolo comum sem o iso-
lamento, teríamos um "U" de 2,99 W / m2ºC. Aplicando esse valor na equa-
ção, teríamos uma troca de calor de 1.076W, que é aproximadamente 7 vezes 
superior ao calor que passa pela parede rebocada e com o isolante térmico 
na superfície interna. 
3 - s ISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO 
3.1 - Introdução 
A refrigeração tem aplicações em diversas atividades humanas, tais 
como a conservação de alimentos e a climatização de ambientes. A redu-
ção da temperatura e o controle de umidade são capazes de tornar inativo 
o crescimento e desenvolvimento microbiano, tornando assim os alimentos 
próprios para o consumo por mais tempo. 
A refrigeração pode ser utilizada para fins domésticos, comerciais e 
industriais. Como aplicações industriais podemos citar as fábricas de gelo, 
as grandes instalações de empacotamento de gêneros alimentícios (carnes, 
peixes, aves); as cervejarias, as fábricas de laticínios e de processamento de 
bebidas concentradas entre muitas outras. 
No início, as tentativas de se congelar os alimentos esbarraram na for-
mação de cristais de gelo. Com o tempo foram desenvolvidos os túneis de 
congelamento por jato de ar a temperaturas de -30ºC, o congelamento por 
imersão e em leito fluidizado. Nas aplicações industriais, é comum encontrar-
mos temperaturas de congelamento e estocagem entre -SºC a -35ºC. 
Muitas vezes as grandes distâncias entre os locais de produção e de con-
sumo exigem a criação de um sistema logístico de distribuição onde são utiliza-
dos trens, caminhões e navios frigoríficos. Apesar de a cadeia do frio contribuir 
para a redução do desperdício, estima-se que no Brasil 30% dos alimentos aca-
bam no lixo por falta de refrigeração ou por causa de refrigeração deficiente nas 
etapas de colheita, armazenamento, transporte e varejo. Na Figura 3.1 tem-se 
52 Introdução à Tecnologia da Refrigeração e da Climatização 
a ilustração de uma cadeia do frio - que se desenvolve a partir da colheita / 
produção, do resfriamento / congelamento, do transporte, do armazenamento, 
da distribuição para exportação / varejo até chegar ao consumidor final . Há 
de se ressaltar a importância de profissionais especializados em cada etapa de 
manuseio do produto até o consumidor final. 
PRODUÇÃO TRANSPORTE 
(COLHEITA, ORDENHA, e:> 
ABATE E PESCA) 
VAREJO/ 
CONSUMIDOR 
TRANSPORTE 
<= 
RESFRIAMENTO, 
CONGELAMENTO 
EESTOCAGEM 
~ TRANSPORTE 
ARMAZENAGEM 
EM CENTROS DE 
DISTRIBUIÇÃO I 
EXPORTAÇÃO 
Figura 3.1 - Ilustração da cadeia do frio - da produção ao consumidor 
O excesso de colheita de frutas e legumes pode ser armazenado em câ-
maras frias para uso durante períodos de entressafra, o que garante vantagens 
econômicas