Aula 01 - Introdução refrigeracao e ar condicionado

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REFRIGERAÇÃO E AR 
CONDICIONADO
Prof. MSc. Raphael Ceni
Engenharias Mecânica e Mecatrônica
Aula 1:
• Discussão da Ementa
• Critérios de Avaliação
• Introdução ao curso
OBJETIVOS
• Introduzir aos alunos de engenharia mecânica 
os conceitos de produção industrial e 
residencial de frio, possibilitando o 
entendimento e a operação dos sistemas de 
refrigeração e ar condicionado, bem como 
capacitá-lo a executar o dimensionamento 
desses sistemas.
BIBLIOGRAFIA BÁSICA:
• STOECKER, W. F., JONES, J. W. Refrigeração 
e ar condicionado. 2. ed. São Paulo: 
McGrall-Hill, 1985.
• STOECKER, W. F., JABARDO, J. M. S. 
Refrigeração Industrial. 2. ed. São Paulo: 
Edgard Blücher, 2000
• Apostilas
• Normas técnicas.
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO:
PARTE A: REFRIGERAÇÃO
1. PROCESSOS DE REFRIGERAÇÃO E SUAS APLICAÇÕES. (2 aulas)
2. EQUIPAMENTOS: COMPONENTES DE UM SISTEMA DE 
REFRIGERAÇÃO (2 aulas) 
Compressores, Condensadores, Torre de resfriamento de água, 
Dispositivos de expansão, Resfriadores, Elementos acessórios, etc
3. TIPOS DE INSTALAÇÕES (1 aula)
3.1. Refrigeração mecânica por compressão de vapores.
3.2. Ciclo de compressão por estágios.
3.3. Refrigeração por absorção.
4. FLUIDOS FRIGORÍGENOS: CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES. (1 aula) 
5. ISOLAMENTO FRIGORÍFICO: TÉCNICA DE APLICAÇÃO E 
DIMENSIONAMENTO. (2 aulas) 
6. CARGAS TÉRMICAS DE REFRIGERAÇÃO (2 aulas) 
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO:
PARTE B: CLIMATIZAÇÃO
1. PSICROMETRIA E PROPRIEDADES DO AR ATMOSFÉRICO (3 aulas) 
Conceitos básicos, Carta psicrométrica, Processos. 
2. CARGAS TÉRMICAS DE CLIMATIZAÇÃO (2 aulas) 
2.1. Noções de conforto térmico. 
2.2. Condições de projeto. 
3. CÁLCULO DOS ELEMENTOS DE UMA INSTALAÇÃO DE AR 
CONDICIONADO (4 aulas) 
Velocidades recomendadas, Bocas de insuflamento, Bocas de saídas e 
tomadas de ar exterior, Filtros de ar, Dutos para condução de ar, 
Ventiladores, etc. 
4. OUTROS TIPOS DE SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO. (2 aulas)
4.1. Distribuição de água.
4.2. Termoacumulação.
Introdução
• HISTÓRIA DA REFRIGERAÇÃO UNIVERSAL
– OS CHINESES: Foram os primeiros a aprender que 
o gelo tornava as bebidas mais frias e saborosas. 
– OS GREGOS E ROMANOS: Usavam escravos para 
apanhar neve no topo das montanhas a qual era 
armazenada em buracos na terra para ser usada 
posteriormente na confecção de guloseimas 
congeladas.
Introdução
• 1626: Francis Bacon foi o primeiro a pensar em 
refrigeração.
• 1683: Descobrimento do Microscópio com o estudo 
de bactérias, enzimas e fungos que se multiplicam 
com o calor e parecem hibernar com temperaturas 
de 10ºC ou menores. A comida pode ser mantida em 
seu estado natural pelo uso do frio.
• 1775: Primeiros experimentos em laboratórios.
Introdução
• 1834: Primeira patente para uma 
máquina de refrigeração mecânica 
(Jacob Perkins).
• 1855: Primeiro equipamento colocado 
em operação em Cleveland, Ohio-EUA 
(James Harrison).
• 1918: Primeiro refrigerador automático 
movido a eletricidade e com um pequeno 
motor: (Kelvinator Company) –EUA.
• 1928: Surge os gases refrigerantes 
fluorados (Thomas Midgely).
Introdução
Introdução
Conceito básicos
• REFRIGERAÇÃO: consiste no processo de retirar calor 
de um corpo ou espaço para reduzir sua temperatura 
e transferir este calor para um outro espaço ou 
corpo.
• ARREFECIMENTO: Abaixamento da temperatura de 
um corpo até a temperatura ambiente.
• RESFRIAMENTO: Abaixamento da temperatura de 
um corpo da temperatura ambiente até sua 
temperatura de congelamento.
Conceito básicos
• CONGELAMENTO: Abaixamento da temperatura de um corpo 
aquém da sua temperatura de congelamento.
• ISOLAMENTO TÉRMICO: O espaço refrigerado se encontra a 
temperatura abaixo do ambiente que o envolve. Para limitar o 
fluxo de calor para o interior do espaço refrigerado a um 
mínimo prático, é necessário isolar o espaço refrigerado 
utilizando um bom isolante térmico.
• AGENTE REFRIGERANTE: É o corpo empregado como 
absorvedor de calor ou agente de resfriamento do espaço 
refrigerado. Exs.: Gelo, gelo seco (dióxido de carbono) e 
refrigerantes líquidos
Conceito básicos
• REFRIGERAÇÃO COM GELO: Nos refrigeradores com gelo, a 
pedra de gelo é colocada na parte superior e o calor é 
absorvido do ar. O ar, devido as correntes de convecção, 
resfria todo o espaço interno do refrigerador, (fig. 3).
• São desvantagens: 
– temperatura mínima limitada a 0oC;
– necessidade de constante reposição;
– eliminação da água de degelo;
– dificuldade de controle da razão de troca de calor.
• Vantagens:
– evita a desidratação de produtos não embalados;
– mantém a aparência de produtos não embalados;
– o gelo é muito usado na refrigeração de vegetais, peixes e carnes, etc.
Conceito básicos
• REFRIGERANTES LÍQUIDOS: A base dos sistemas mecânicos de 
refrigeração é a elevada capacidade que os líquidos tem de 
absorver calor quando vaporizam. 
• VANTAGENS:
– a vaporização é facilmente controlada podendo ser iniciada e 
interrompida quando necessário;
– a temperatura de vaporização pode ser controlada pela pressão;
– a razão de troca de calor pode ser pré-determinada;
– o vapor pode ser facilmente coletado e condensado para ser 
novamente utilizado.
– uma propriedade importante de um refrigerante líquido é apresentar 
baixas temperaturas de saturação.
http://www.polipartes.com.br/gas-fluido-refrigerante
Conceito básicos
• Os Refrigerantes mais importantes são:
*ODP: sigla de ozone depletion potential, ou potencial de destruição da 
camada de ozônio
*GWP: sigla de global warming potential, ou potencial de aquecimento 
global.
Sistemas de refrigeração
• Entre os processos utilizados em refrigeração, 
podemos citar:
– a fusão de sólidos, como o gelo comum (0oC) e o gelo seco 
(neve carbônica –78,9oC);
– a mistura de certos corpos com água (–20 a –40oC), com 
gelo de água (–20 a –50oC), ou com gelo seco (–100oC), as 
quais tomam o nome de misturas criogênicas;
– a expansão de um gás com a produção de trabalho;
– os fenômenos de absorção;
– os fenômenos termoelétricos.
Sistemas de refrigeração
• A vaporização contínua de um líquido puro, por sua 
vez, pode ser obtida:
– por meios mecânicos, nas chamadas máquinas frigoríficas 
de compressão de vapor;
– por meio de ejeção de vapor, usada nas máquinas 
frigoríficas de vapor d’água;
– por meio de aquecimento, método usado nas chamadas 
instalações de absorção.
Expansão de ar
1. O ar da câmara fria é conduzido para o interior de um cilindro onde é 
comprimido.
2. A temperatura do ar aumenta com o aumento da pressão
3. O ar é resfriado e em seguida passa por uma expansão, realizando 
trabalho sobre um pistão e reduzindo sua temperatura.
Ejeção de vapor
1. Inventado por Sir Charles Parsons, usado originalmente para bombear ar 
para fora dos condensadores em instalações de potência de vapor;
2. Vapor em alta pressão passa por um bocal, com maior velocidade e sua 
quantidade de movimento induz uma pressão baixa no evaporador por 
aspiração;
3. A baixa pressão facilita a evaporação de água, que ao mudar de fase 
resfria a água que permanece no fundo do evaporador;
4. A mistura de vapor do bocal
com o do evaporador reduz 
sua velocidade no difusor,
causando aumento de pressão
suficiente para condensá-lo ao 
ter calor removido pela água
de resfriamento.
Refrigeração e Ar Condicionado
Ar Condicionado Refrigeração
Aquecimento, 
umidificação e 
controle da 
qualidade do 
ar
Operações de 
refrigeração e 
desumidificação
Refrigeração 
Industrial, 
incluindo de 
preservação de 
alimentos, 
químicos, e de 
processos.
Aplicações da refrigeração
• Refrigeração Doméstica 
– A refrigeração doméstica é uma 
extensão um tanto limitada, 
abrangendo principalmente a 
fabricação de refrigeradores de 
uso doméstico e congeladores 
caseiros; 
– Contudo, como o número de 
unidades em serviço é muito 
grande, a refrigeração doméstica 
representa uma parte importante 
da indústria de refrigeração. 
Aplicações da refrigeração
• Refrigeração Comercial– A refrigeração comercial abrange 
projeto, instalação e manutenção 
de instalações refrigeradas do tipo 
usado pelas lojas comerciais, 
restaurantes e hotéis.
– Além destes, são incluídos locais 
de armazenamento, exposição, 
beneficiamento e distribuição de 
mercadorias perecíveis de todos os 
tipos.
Aplicações da refrigeração
• Ar Condicionado Industrial
– O termo ar condicionado industrial utilizado neste texto refere-se tanto ao tratamento 
do ar para propiciar condições mínimas de conforto a trabalhadores em ambientes 
insalubres, como ao controle das condições do ar em um determinado processo 
industrial.
• Aquecimento localizado
– Durante o inverno pode ser mais interessante aquecer uma regiãoo específica onde se 
localiza o operário. Tal aquecimento pode ser conseguido através de um aquecedor 
infra-vermelho, que irradia uma determinada área quando aquecido por um queimador 
ou eletricamente.
• Resfriamento Localizado
– O resfriamento em uma siderúrgica pode ser impraticável, mas condições razoáveis 
podem ser mantidas na região de trabalho dirigindo-se correntes de ar frio para as zonas 
ocupadas.
• Laboratórios Ambientais
– O papel do ar condicionado em laboratórios ambientais pode variar : desde a 
manutenção de uma temperatura de -40°C para testes de motores a baixa temperatura, 
até a altas temperaturas e umidades para estudo do comportamento de animais em 
climas tropicais.
Aplicações da refrigeração
• Imprensa
– O controle da umidade é a principal razão para o uso do ar condicionado em instalações 
impressoras. Em alguns processos, o papel passa por sucessivas impressões de modo 
que o ar condicionado deve ser mantido para garantir um registro apropriado. Outros 
problemas causados por umidade excessiva são; a eletricidade estática, a danificação do 
papel e o tempo excessivo para secagem da tinta.
• Têxteis
– Como o papel, o tecido é muito sensível a variações da umidade e, até certo grau, 
também da temperatura. O fio (filamento) move-se a altas velocidades nas máquinas de 
transformação das modernas indústrias têxteis, de modo que variações de flexibilidade 
e resistência do fio, além da produção de eletricidade estática, devem ser evitadas.
• Processos de Alta Precisão e Salas Limpas*
– No processo de fabricação de componentes metálicos com tolerâncias muito estreitas, o 
condicionamento do ar tem três objetivos principais: manter a temperatura uniforme 
para evitar expansões e contrações do metal, manter um nível adequado de umidade 
para evitar a formação de ferrugem e manter a filtragem do ar para minimizar a 
quantidade de partículas sólidas no recinto. 
Aplicações da refrigeração
• Refrigeração Industrial 
– Muitas vezes confundida com a 
refrigeração comercial, possuem 
aplicações industriais maiores em 
tamanho;
– Tem a característica marcante de 
requererem um operador de serviço, 
geralmente um engenheiro de 
operações.
– Aplicações como fábricas de gelo, 
grandes instalações de gêneros alimen-
tícios, cervejarias, fábricas de laticínios. 
Câmara frigorífica em 
refrigeração industrial 
Aplicações da refrigeração
• Refrigeração Industrial 
– Instalações industriais, como refinarias 
de óleos, fábricas de produtos químicos, 
fábricas de borrachas, etc.
– Inclui também aquelas aplicações 
relacionadas com a indústria da 
construção onde escavações são em 
alguns casos facilitadas pelo 
congelamento do solo.
– Outra aplicação é o resfriamento de 
grandes massas de concreto, remo-
vendo calor para evitar a expansão e o 
aparecimento de tensões no concreto. 
Pistas de patinação
Aplicações da refrigeração
• Refrigeração Marítima e de 
Transporte 
– Refrigeração para embarcações de 
transporte de carga perecível, assim 
como para os navios de 
armazenamento ou embarcações de 
todos os tipos. 
– Aplicada a caminhões, tanto para 
transportes a longa distância como para 
entregas locais, e vagões ferroviários 
refrigerados. 
Aplicações da refrigeração
• Refrigeração para Baixas 
Temperaturas 
– Destaca-se a criogenia que trata do 
conjunto de técnicas destinadas à 
produção e a utilização de baixíssimas 
temperaturas ;
– Na metalurgia a aplicação ocorre na 
construção de materiais para baixas 
temperaturas na produção, armaze-
nagem e transporte de produtos 
liquefeitos do ar (oxigênio, nitrogênio). 
– Aplicações clínicas também utilizam 
refrigeração para baixas temperaturas. 
Túnel de congelamento 
que utiliza criogenia 
Aplicações da refrigeração
• Condicionamento de Ar 
– Dividido em duas categorias distintas
de acordo com sua aplicação: 
• Conforto (residencial, em veículos, etc)
• Industrial (objetivo de satisfazer condições de 
processo )
• Indústria de impressão, têxtil, e de produção de 
material fotográfico.
Condicionador de ar de
construção modular 
em indústria farmacêutica.