2020313_21351_Refrigeração+1oB

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Refrigeração e Ar 
Condicionado
Prof.ª M.ª Márcia Milach
MULTIVIX
Programa
⚫ Aplicações da Refrigeração e Ar condicionado
⚫ Psicrometria
⚫ Cargas Térmicas
⚫ Sistemas de Condicionamento de Ar
⚫ Dutos e Ventiladores
⚫ Tubulações e Bombas
⚫ Serpentinas Resfriadoras e desumidificadores
⚫ Controle em Ar Condicionado
⚫ Ciclo de Compressão a Vapor
⚫ Compressores
⚫ Condensadores e Evaporadores
⚫ Dispositivos de Expansão
⚫ Análise do Sistema de Compressão a Vapor
⚫ Refrigerantes
⚫ Sistemas de Multipressão
⚫ Refrigeração por Absorção
⚫ Bombas de Calor
⚫ Torres de Resfriamento e Condensadores Evaporativos
⚫ Energia Solar
⚫ Acústica e Controle de Ruído
1. Aplicações da Refrigeração e Ar 
condicionado
a. Principais Aplicações
Aquecimento, 
umidificação e 
controle da 
qualidade do ar
Refrigeração 
industrial, incluindo 
indústria de 
preservação de 
alimentos, químicos 
e de processos 
Operações de 
refrigeração e 
desumidificação 
em ar 
condicionado
Ar condicionado
Refrigeração
1. Aplicações da Refrigeração e Ar 
condicionado
b. Ar Condicionado em Edifícios de Porte Médio e 
Grande
1. Aplicações da Refrigeração e Ar 
condicionado
c. Ar condicionado Industrial
• Aquecimento localizado (por infravermelho)
• Resfriamento localizado (correntes de ar frio)
• Laboratórios Ambientais (motores ou animais)
• Imprensa (tempo de secagem, eletricidade estática, papel)
• Têxtil (flexibilidade, resistência do fio e eletricidade estática)
• Processos de Alta Precisão e Salas Limpas (componentes 
eletrônicos: dilatação térmica, umidade, filtragem do ar)
• Produtos fotográficos (temperatura e umidade)
• Salas de Computadores (temperatura, filtragem do ar e 
umidade)
• Usinas Geradoras de Potência 
1. Aplicações da Refrigeração e Ar 
condicionado
d. Ar condicionado Residencial
e. Ar condicionado em Veículos
1. Aplicações da Refrigeração e Ar 
condicionado
f. Armazenamento e Distribuição de Alimentos
➢ Congelamento
➢ Armazenamento
➢ Distribuição
• Congelamento
• Armazenamento
• Comercialização
• Armazenamento doméstico
1. Aplicações da Refrigeração e Ar 
condicionado
g. Processamento de Alimentos
➢ Laticínios
➢ Bebidas
1. Aplicações da Refrigeração e Ar 
Condicionado
h. Indústrias Químicas e de Processos
Aplicações de refrigeração na 
indústria
⚫ Separação de gases;
⚫ Condensação de gases;
⚫ Solidificação de uma espécie para separá-la de 
uma mistura;
⚫ Manutenção de uma temperatura baixa de um 
líquido armazenado para evitar que sua 
evaporação eleve excessivamente sua 
temperatura;
⚫ Remoção do calor da reação.
1. Aplicações da Refrigeração e Ar 
Condicionado
i. Aplicações Especiais de Refrigeração
➢ Bebedouros
➢ Desumidificadores
➢ Produtores de Gelo
➢ Pistas de Patinação
➢ Construção Civil
➢ Remoção do Sal da Água do Mar
2. Psicrometria
Definição: Estudo das misturas de ar e vapor d’água
Aplicações:
➢ Cálculo de carga térmica
➢ Serpentinas de desumidificação e resfriamento
➢ Torres de resfriamento
➢ Condensadores evaporativos
➢ Sistemas de ar condicionado
➢ A Lei da Linha Reta
Quando o ar transfere calor e massa (vapor de água) de ou para
uma superfície molhada, o estado do ar na carta psicrométrica
tende para a temperatura de superfície úmida sobre a linha de
saturação.
A lei da linha reta estabelece que o ponto final está sobre a linha
que passa pelo ponto inicial e pelo ponto sobre a linha de saturação
à temperatura da superfície.
Ar quente no estado inicial tem a sua temperatura reduzida quando
em contato com a superfície da água. A umidade absoluta deve
diminuir, uma vez que a pressão parcial do vapor é maior que a
pressão de saturação da água, resultando em condensação de
vapor de água contido no ar.
➢ Saturação adiabática e temperatura de bulbo úmido
hl é a entalpia de líquido saturado à temperatura do reservatório ou
temperatura do bulbo úmido termodinâmica.
➢ Desvio entre as linhas isoentálpicas e as de temperatura 
de bulbo úmido constante
➢ Da carta psicrométrica:
• Temperatura de bulbo úmido: 28C.
• Entalpia: 89 kJ/kg
➢ Da equação:
W1 = 0,019 kg/kg
W2 = 0,024 kg/kg
hl (28C) = 117,3 kJ/kg
h2 (ar saturado seco a mesma temperatura do
bulbo úmido) = 89,7 kJ/kg
Entalpias obtidas através das linhas de temperatura de bulbo úmido
constante em cartas psicrométricas são maiores que as reais. Considere o
ar a temperatura de bulbo seco de 40C e a umidade relativa de 41%.
➢ Termômetro de bulbo úmido
Os pontos 1 e 2 estão sobre a mesma linha de temperatura de bulbo úmido
termodinâmica
➢ Processos
1. Resfriamento e aquecimento: transferência de calor
que provoca somente variação de temperatura de
bulbo úmido, não ocorre mudança na umidade
absoluta;
2. A umidificação pode ser adiabática ou diabática;
3. Resfriamento e desumidificação resulta em redução
da temperatura de bulbo seco e da umidade
absoluta, feita pela serpentina de resfriamento e
desumidificação, onde a capacidade de refrigeração
(kW) é dada por:
4. Desumidificação química: vapor de água é absorvido
ou adsorvido por uma substância higroscópica.
Processo adiabático, logo, isoentálpico no ar, logo,
se a umidade absoluta do ar é reduzida temperatura
deve aumentar;
➢ Processos
5. Mistura de duas correntes de ar (ar condicionado)
3. Cargas Térmicas
Técnica de avaliação das caraterísticas térmicas de um edifício
que afetam o projeto dos Sistemas de Ventilação, Aquecimento e
Ar Condicionado (VAAC) utilizado na condição de conforto.
a. Critérios de Controle e Saúde 
b. Conforto Térmico:
Definido como condições
ambientais de temperatura e
umidade que proporcionam
sensação de bem-estar às
pessoas que ali estão.
Basicamente o conforto térmico
é afetado pelos seguintes
fatores: temperatura, umidade,
circulação do ar, radiação de
superfícies vizinhas, odores,
poeiras e ruído.
Os parâmetros básicos de condicionamento de ar são: 
➢ temperatura do ar;
➢ temperatura das superfícies circundante;
➢ umidade do ar;
➢ velocidade do ar;
➢ pureza do ar.
Temperatura Operacional:20 a 26C
Umidade: Temperatura de orvalho de 2 a 17C 
Velocidade média do ar: até 0,25 m/s
Temperatura de orvalho – é a temperatura na qual o vapor de água se condensa, 
ou solidifica, quando resfriado a pressão e umidade absoluta constante.
Temperatura Operacional – é aproximadamente a média aritmética da 
temperatura de bulbo seco e da temperatura radiante média, desde que este seja 
menor que 50C e a velocidade do ar seja menor que 0,4 m/s.
Temperatura radiante média – é a temperatura superficial uniforme de um 
invólucro negro imaginário com o qual a pessoa troca a mesma quantidade de 
calor por radiação que com o invólucro real.
c. Qualidade do Ar
➢ Poluição interna ou externa
➢ Remoção do contaminante ou sua diluição (ar externo)
Ventilação:
• Mecanismo pelo qual ar é fornecido a um recinto, seja por meios
naturais ou mecânicos (ar externo + ar recirculado).
• Elimina odores ou irritações da parte superior do canal respiratório,
mas não contaminantes.
• Carga nos equipamentos de refrigeração e aquecimento.
2,5 litros 
Tipo de 
ocupação
Número de pessoas por 
100m² de área de piso
Exigência de ar 
externo por pessoa, 
L/s
Escritórios 7 2,5
Sala de reunião e 
de espera
60 3,5
Saguão ou 
vestíbulo
30 2,5
Vo: taxa de ar externo para uma dada aplicação, litros/s;
E: eficiência de remoção de dispositivo de filtragem do ar, que pode ser 
determinada em termos de contaminante a ser removido.
d. Estimativas de trocas térmicas
Transferência de calor depende de:
• Material;
• Aspectos geométricos (tamanho, forma e orientação)
• Fontes internas de calor
• Fatores climáticos
➢ Transmissão: transferência de calor devido à diferença de temperatura
por meio do componente ou elemento do edifício.
➢ Solar: Transferência de calor solar através de um componente do
edifício que seja transparente, ou absorção dessa energia por um
componenteopaco.
➢ Infiltração: Perda ou ganho de calor pela infiltração de ar externo no
recinto condicionado.
➢ Geração Interna: resultante da liberação de energia no interior do
recinto (luzes, pessoas, equipamentos, etc)
e. Condições de Projeto
➢ Pra aquecimento: temperatura de bulbo seco interna e externa.
➢ Aquecimento: 20 a 22C
➢ Resfriamento: 24 a 26C
➢ Umidade relativa: mínima 30% (inverno) e máxima 60% (verão)
➢ Aquecimento: Critério 97,5% para a temperatura externa –
considerar um valor de projeto da temperatura externa  97,5% do
tempo durante os meses mais frios. (junho a setembro). Ar externo
saturado
➢ Resfriamento: radiação solar – localização geométrica e orientação
do recinto. Critério 2,5%: tem como base temperatura que é
excedida 2,5% das horas durantes os meses mais frios. (junho a
setembro)
f. Transmissão térmica
Os parâmetros básicos de condicionamento de ar são: 
Exemplo: 
g. Cargas de Ventilação e Infiltração
❑ Ar externo para o recinto: temperatura e umidade
❑ Calor sensível: temperatura (transferência de calor e insolação)
❑ Calor latente: umidade
❑ Ocupação de pessoas: calor latente e sensível
As equações para troca de calor sensível e latente devido a penetração de ar
externo, onde Q é a vazão volumétrica de ar externo em litros por segundo e W a
umidade absoluta em kg de vapor de água por kg de ar seco, é dada por
V: velocidade do vento, m/s
a, b e c: constantes 
experimentais
❑ Infiltração: entrada não controlada de ar externo no recinto, resultante
de forças naturais, como vento e empuxo (T).
❑ Ventilação: entrada intencional e ar externo no recinto, por meio
mecânico. A saída pode ser natural (fugas) ou mecânicos (exaustão).
❑ Limitação da entrada de ar externo: vedação, vestíbulo, portas
giratórias, ventiladores, aumento da pressão interna
A equação para estimativa do número de renovações do ar, por hora,
para um edifício e pequeno porte, sem pressurização interna, em termos
de velocidade do vento e diferença de temperatura é dada por:
i. Carga resultante da geração interna de calor
h. Componentes da carga térmica de resfriamento
Estimativa de carga de refrigeração  mais complexa
❑Principais fatores de geração interna de calor: luzes, 
ocupantes e equipamentos de operação interna.
❑Lâmpadas fluorescentes: energia dissipada pelo reator.
❑Energia por radiação é absorvida pelas paredes, piso e 
mobília
❑Calor por radiação  Calor por convecção
A equação para estimativa da carga térmica produzida por
lâmpadas q, onde P é a potência nominal da lâmpada, F o
fator de utilização ou fração das lâmpadas instaladas que são
utilizadas, Fr fator do reator para lâmpadas fluorescentes
(=1,2) e FCR, o fator de carga térmica de refrigeração
(tabela), é dada por:
❑ X: lâmpadas embutidas sem ventilação
❑ Y: lâmpadas aparentes e ventiladas
❑ Principais incerteza: número de ocupantes
Carga sensível de resfriamento devido a ocupantes :
(calor recebido por ocupante) x (número de pessoas) x (FCR)
Fatores de carga de resfriamento sensível para pessoas
j. Carga térmica de insolação através de 
superfícies transparentes
: Transmissividade
: Refletividade
: Absortividade
A energia solar que atravessa a 
superfície transparente, qsg, em W, é 
dada por:
Coeficiente de sombreamento - CS: utilizado para adequar os
valores de FGCI a diferentes tipos de vidro ou para incluir o efeito
de dispositivos de sombreamento interno, onde “fu” refere-se a
folha única de vidro, dado por:
Energia solar que passa através da janela:
FCR: fator de carga de resfriamento introduzido no cálculo de carga 
térmica de resfriamento resultante da insolação de janelas
Sombreamento externo: beirais e protuberâncias
: Ângulo entre o plano horizontal sobre a Terra e o 
raio solar;
: Ângulo de azimute solar (ângulo entre os dois 
planos verticais, um normal a parede e outro 
contendo o raio solar);
: Ângulo entre o raio solar e o sul;
: Ângulo que o plano vertical normal à parede faz 
com o sul.
 =   
y: profundidade da sombra;
d: largura da protuberância horizontal;
x: largura da sombra produzida pela protuberância 
vertical de profundidade d.
Para paredes e telhados:
Logo:
Considerando o calor trocado em virtude das 
diferenças de temperaturas interna e externa:
k. Carga de insolação em superfícies opacas
Temperatura equivalente:
Diferença de temperatura de 
carga térmica de refrigeração 
(DTCR):
Determine o fluxo de calor máximo através de uma parede de tijolos
com face oeste, no dia 21 de julho, em um local a 43 de latitude
norte. A temperatura interna é 25C e a temperatura média diária é
de 30C.
l. Resumo do procedimento para estimar a carga 
de resfriamento
1. Escolher os valores de projeto da temperatura exterior de bulbo seco de
verão (critério 2,5%), da tabela de bulbo úmido correspondente e da
temperatura média do dia a dia;
2. Escolher uma temperatura interior de projeto adequada às atividades
que serão desenvolvidas no recinto;
3. Averiguar possíveis condições especiais, como espaços adjacentes não
condicionados, estimando as suas temperaturas desses recintos;
4. Determinar coeficientes de transferência de calor das distintas paredes
do edifício com base no seu projeto. Paredes que separem ambientes á
mesma temperatura devem ser ignoradas. Observar que a única
diferença entre os valores de U calculados para a carga de resfriamento
e aqueles para a carga de calefação reside nos valores dos coeficientes
de transferência de calor, que podem variar com a estação e com o
sentido do fluxo do calor;
5. Com base nas características construtivas do edifício,
no programa de operação do sistema e nos valores do
projeto da velocidade do vento e da diferença de
temperaturas estimar a taxa de infiltração e/ou de
ventilação com ar externo. No caso da carga de
refrigeração a carga latente deve ser considerada;
6. Determinar as características adicionadas do edifício, tais
como localização, orientação, sombreamento externo e massa,
as quais afetam o ganho de calor por insolação;
7. Com base nas características construtivas do edifício e nas
condições de projeto determinar as diferenças de temperatura
para carga de refrigeração, fatores de ganho de calor por
insolação e fatores de carga de refrigeração apropriados;
8. Determinar a taxa de transferência de calor para o recinto em
função dos coeficientes de transferência de calor, áreas e
diferenças de temperatura, previamente calculados;
9. Para espaços com geração interna de calor(luzes,
equipamento ou pessoas) aplicar os fatores de carga
de refrigeração quando necessário;
10. Adicionar todas as cargas para determinar a carga
total máxima de aquecimento ou refrigeração. Carga
adicional será necessária, caso o edifício deva ser
operado de uma forma intermitente.
4. Sistemas de Condicionamento de Ar
a. Sistema de Distribuição Térmica
➢Sistema de Zona Simples Clássico: auditórios e 
laboratórios
➢Sistema Zonas Múltiplas
❑ Sistema de ar
• Reaquecimento terminal
• Duto duplo ou multizona
• Volume de ar variável
❑ Sistema de água
• Dois dutos
• Quatro dutos
b. Sistema de Zona Simples Clássico
c. Controle de Ar Externo
Se um controlador de ar externo deve manter
uma temperatura de mistura de 13C e uma
porcentagem de ar externo mínima de 20%
quando a temperatura do ar recirculado é de
24C, a que temperatura externa os registros
devem permitir o mínimo de 20% de ar externo
durante o inverno?
d. Projeto de um Sistema Zona Simples
e. Sistema Zonas Múltiplas
Cada zona é controlada por um termostato
➢Sistema de volume constante
• Reaquecimento terminal
• Duto duplo ou multizona
➢Sistema de volume variável
• Aquecimento ou refrigeração simples
• Resfriamento com reaquecimento
• Duto duplo com volume variável
f. Sistema Reaquecimento Terminal
➢ Vantagens:
• Espaço reduzido do sistema de dutos
• Excelente controle
• Variadascondições de carga térmica
➢ Desvantagem:
• Elevado consumo de energia  Aumentar a temperatura de 
ar frio até desativar uma serpentina ou recuperação de calor 
(condensador ou luzes)
g. Sistema de Duplo Duto e Multizona
➢ Vantagem: sensível a carga térmica
➢ Desvantagem: necessidade de duas redes de dutos que 
permita vazão total do sistema
Exemplo:
Uma zona servida por um sistema de duplo duto apresenta uma carga térmica 
de aquecimento nominal de 8 kW e uma carga térmica sensível de refrigeração 
nominal de 6 kW. A zona deve ser mantida a 24C e as temperaturas do ar nos 
dutos frio e quente são de 13C e 40C. Admitindo que a temperatura do ar de 
retorno seja 24C, quais devem ser as taxas de aquecimento e resfriamento 
dessa zona, se em condições de carga parcial a carga sensível de refrigeração 
é 3 kW.
A vazão de ar insuflado se mantém constante sob qualquer condição de 
carga, podendo ser determinada através da carga de aquecimento 
nominal:
Para satisfazer a carga de refrigeração, a vazão de ar deve ser:
Como a vazão de ar necessárias durante os períodos de refrigeração é maior, esta 
deverá ser utilizada.
Quando a carga sensível de refrigeração é 3 kW, a temperatura do ar insuflado na 
zona deve ser igual a:
Conservação de energia para a caixa de mistura:
A taxa de transferência de calor da serpentina de aquecimento é:
Logo:
A taxa de transferência de calor da serpentina de resfriamento é:
h. Sistemas com Volume de Ar Variável - VAV
➢ Somente refrigeração ou aquecimento
• Redução da vazão  redução da carga de resfriamento
• Desvantagem: Distribuição de ar e/ou ventilação deficientes
➢ Sistema VAV com reaquecimento
• Controle  redução da vazão a 20 a 30 % da vazão total de refrigeração e 
acionar a serpentina de aquecimento.
• Desvantagem: consumo de energia
➢ Sistema VAV com duplo duto
• Controle  redução das vazões de ar quente e frio
antes do início do fornecimento de ar misturado. 
Em um sistema VAV de duplo duto a vazão de ar quente à carga total é
de 0,8 kg/s, para uma temperatura da zona de 21C. A plena carga de
refrigeração a vazão de ar frio necessária é de 1,1 kg/s, para uma
temperatura de 25C. Sabe-se que há interesse em um equipamento
de controle que forneça o mesmo coeficiente angular da relação
vazão-temperatura da zona, tanto para aquecimento quanto para
refrigeração. Se a vazão mínima de ar é de 0,3 kg/s, a que
temperatura as vazões de ar quente e frio devem ser nulas?
Para as condições de plena carga:
A vazão mínima ocorre quando uma das vazões é nula:
A vazão de ar quente é nula quando tz atinge 23C.
i. Sistemas de Água
•Equipamento terminal: 
Fan-coil, convectores, 
etc
•Vantagem: baixo custo 
inicial do equipamento
•Desvantagem: não 
possuem controle de 
umidade, incerteza na 
ventilação, possível 
congelamento. Dreno 
para o condensado.
j. Sistemas Unitários
Exemplo: condicionadores de janela e split
➢Vantagens:
• Baixo custo inicial e de instalação
• Custos de operação também podem ser baixos
➢Desvantagem:
• Pouca versatilidade da capacidade dos 
componentes
• Carga térmica e elétrica são superdimensionadas
5. Dutos e Ventiladores
a. Circulando o ar
✓ Determinação da perda de carga do ar em dutos e 
conexões
✓ Dimensionamento e projeto do sistema de dutos
✓ Características do ventilador
✓ Distribuição do ar no recinto
b. Perda de carga em dutos retos
P: Perda de carga, Pa
f: fator de atrito, adimensional
L, comprimento, m
D: diâmetro interno do duto, m
V: velocidade, m/s
: massa específica do fluido, kg/m3
Determine a perda de carga de 0,5 m3/s de ar a 20C em um duto reto, 
circular, de chapa metálica de 300 mm de diâmetro e 15 m de 
comprimento.
A velocidade V é dada por:
A massa específica e a viscosidade do ar à pressão atmosférica normal são 
apresentadas na tabela a 20C:
O Ábaco de Moody fornece f a partir de /D e Re:
Ábaco de Moody
c. Perda de carga em dutos retangulares
Duto circular:
Duto retangular:
Uma vazão de ar a 1,5 m3/s passa por um duto de seção retangular de 
300 mm por 500 mm. Determine a perda de carga em 40 m de duto reto 
utilizando a) Deq e b) Deq,f
Do gráfico com 10m/s: 3,0 Pa/m, logo P é 120 Pa
Do gráfico com 1,5 m3/s: 3,0 Pa/m, logo P é 120 Pa
a)
b)
❑ Expansões e contrações
❑ Curvas e joelhos
❑ Ramificações
❑ Registros e filtros
e. O termo V2/2
d. Perda de carga em conexões
f. Expansão brusca
Borda-Carnot
Da equação de conservação da quantidade de movimento:
Máximo fator geométrico: 1
Ar a pressão atmosférica e 20C, escoando a 12 m/s, entra em uma 
expansão brusca, onde a área do duto é dobrada. Qual o aumento da 
pressão estática do ar ao passar por essa expansão?
Substituindo a perda de carga na Equação de Bernoulli modificada:
A perda de carga na expansão brusca pode ser obtida por:
g. Contração brusca
Máximo fator geométrico: 1/3
A relação entre as áreas de vena contracta e A2 é denominada coeficiente 
de contração
h. Curvas
i. Ramificações de extração
Uma ramificação de extração a 60, de 30 cm por 30 cm, é ligada ao
duto principal cuja seção transversal mede 30 cm por 50 cm. A seção
à jusante da ramificação no duto principal também mede 30 cm por 50
cm. A vazão à montante é de 1,5 m3/s e a vazão da ramificação é de
0,5 m3/s. A pressão do ar à montante é de 500 Pa e sua temperatura é
de 15C. (a) Qual deve ser a pressão no duto principal logo após a
ramificação e (b) qual deve ser a pressão na ramificação?
Para uma ramificação a 60 e
Logo:
Da Equação de Bernoulli:
j. Ramificações de admissão
Para  = 90
• Trecho m-j:
• Trecho b-j:
k. Dimensionamento dos dutos
Principais exigências:
▪ Conduzir vazões especificadas de ar a locais 
apropriados;
▪ Ser econômico nos custos inicial, de operação 
do ventilador e do espaço do edifício ocupado;
▪ Não transmitam nem gerem ruído excessivo.
Principais métodos:
✓ Método de velocidade
✓ Método de iguais perdas de carga
✓ Método da recuperação estática
l. O método da velocidade
➢ Determinar a perda de carga
➢ Selecionar o ventilador para a perda de carga máxima 
do sistema
➢ Instalar um registro de balanceamento em cada 
ramificação, deixando completamente aberto o registro 
do circuito com maior perda de carga
Velocidades elevadas:
▪ Aumento da perda de carga  alto custo operacional
▪ Problemas de ruído
▪ Dutos pequenos  baixo custo inicial e menos espaço 
físico
▪ Em edifícios: entre 5 a 8 m/s nos dutos principais e entre 
4 e 6 m/s nas ramificações
• Determinar as velocidades de 
insulflamento de 1 a 5 com base na carga 
térmica;
• Calcular as vazões de A a I;
• Obter as perdas de carga em cada trecho, 
nas curvas e ramificações;
• Perdas de carga nos componentes são 
fornecidas pelos fabricantes;
• Selecionar um ventilador a 92 kPa a vazão 
total.
m. O método de iguais perda de carga
1. Estipular a perda de carga total no sistema
2. Determinar o comprimento equivalente de todos os 
circuitos (dutos e componentes – cotovelos: 3 a 12m e 
ramificações de extração: ~ 20m
3. Dividir a perda de carga pelo maior comprimento 
equivalente dos circuitos do sistema
4. Determinar as dimensões de cada trecho, a partir do 
gradiente de pressão e a vazão de cada trecho do 
circuito de maior comprimento equivalente utilizando o 
gráfico perda de carga x vazão volumétrica
5. Selecionar as dimensões dos demais circuitos de modo 
que a perda de carga total seja dissipada (a velocidade 
na faixa apropriada para evitar ruído)
n. Otimização de sistemas de dutos
Custo total de um sistema de dutos:
➢ Dutos
➢ Instalação
➢ Isolamento térmico e acústico
➢ Energia para acionamento do ventilador
➢ Espaço físico requerido
o. Ventiladores centrífugos e suas 
características
Características de desempenho de um
ventilador centrífugo de pás curvas voltadas
para a frente, com diâmetro da roda e
largura iguais a 270 mm e dimensões do
duto de saída de 0,517m x 0,289 m
Características de desempenho de um ventilador centrífugo de pás curvas
voltadas para a frente, com diâmetro da roda e largura iguais a 270 mm e
dimensões do duto de saída de 0,517 m x 0,289 m
Determine a eficiência de um ventilador cujas características são as
mostradas na figura, operando a 20 rps com 1,5 m3/s.
Solução:
Para uma rotação de 20rps e 1,5 m3/s, o ventilador pode elevar a
pressão do ar a 500 Pa. Logo, a potência ideal necessária para esse
aumento de pressão será:
Da figura, a potência exigida pelo ventilador no ponto de operação
especificado é 1,2 kW, Portanto, a eficiência do ventilador será:
p. Distribuição de ar em recinto
A distribuição de ar deve obedecer aos critérios:
1. A vazão combinada com a diferença de temperatura entre o ar 
insuflado e o de retorno devem compensar a troca de calor 
ocorrida no espaço.
2. A velocidade do ar nas regiões ocupadas do recinto abaixo da 
cabeça das pessoas não deve ser superior a 0,25 m/s, 
principalmente ser o ar insuflado for frio.
3. O ar do recinto deve ser movimentado para uniformizar gradientes 
de temperatura.
Devem ser evitadas situações onde o ar frio insuflado no recinto, por 
efeito do empuxo, descenda rapidamente.
q. Jatos circulantes e planos
Um jato de ar se origina em uma abertura de 100 mm de diâmetro, e escoa a 2,1 m/s. 
Qual a velocidade no eixo a 1 m e 2 m da saída?
Onde:
u: velocidade do jato em x e r, m/s
u0: velocidade na saída, m/s
A0: área de saída, m
2
x: distância da seção de saída horizonta, m
r: distância radial a partir do eixo, m
r. Difusores e indução
Difusor:
• Queda de velocidade
• Redução do gradiente de 
temperatura
Indução de ar externo:
6. Tubulações e Bombas
a. Tubulações de água e fluido refrigerante
▪ Prover o fluxo necessário em todos os trocadores de calor
▪ Seguro
▪ Baixo custo
b. Comparação da água com o ar como 
transporte de meio de energia
▪ O tamanho da fonte de energia é menor
▪ Menos espaço para a tubulação de água
▪ Temperaturas maiores para aquecimento
ሶ∀=
250𝑘𝑊
1000 Τ𝑘𝑔 𝑚3 15℃ 4,19 Τ𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾
= 0,00398 Τ𝑚3 𝑠
Uma taxa de transferência de calor de 250 W efetua-se através da
mudança de temperatura de um meio em 15C. Qual a área de seção
transversal necessária para este transporte de energia se: (a) um tubo
de água é usado e a velocidade média da água vale 1 m/s e (b) um
duto de ar é usado e a velocidade média vale 10 m/s.
Solução
(a) Para a água, a vazão volumétrica será:
𝐴 =
0,00398 Τ𝑚3 𝑠
10 Τ𝑚 𝑠
= 0,0398𝑚2
(a) Para a ar, a vazão volumétrica será:
ሶ∀=
250𝑘𝑊
1,2 Τ𝑘𝑔 𝑚3 15℃ 1,0 Τ𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾
= 13,89 Τ𝑚3 𝑠
𝐴 =
13,89 Τ𝑚3 𝑠
10 Τ𝑚 𝑠
= 1,389𝑚2
ሶ𝑄 = ሶ𝑚𝑐𝑝∆𝑇 = 𝜌 ሶ∀𝑐𝑝∆𝑇
c. Aquecedores de água
d. Distribuição de calor dos sistemas de água 
quente
▪Convectores: gabinete ou rodapé
▪Serpentinas em dutos de ar quente; unidades acopladas 
de serpentinas; ventilador (fan-coil) e convectores a 
convecção natural.
Qual a temperatura média no convector de rodapé da figura, para
compensar a perda de calor existente em uma janela de vidro simples,
quando as temperaturas de projeto do ar interno e externo são,
respectivamente, 21C e -23C? A altura do vidro é 2,4 m e os
convectores são colocados ao longo de todo comprimento da parede.
O valor de U para um vidro simples 
é 6,2 W/m2.K, logo:
ሶ𝑄" = 𝑈𝑇
ሶ𝑄" = 6,2 Τ𝑊 𝑚2𝐾 21 − −23
ሶ𝑄" = 273 Τ𝑊 𝑚2
ሶ𝑄′ = 2,4𝑚 273 Τ𝑊 𝑚2
ሶ𝑄′ = 655 Τ𝑊 𝑚
Para o fluxo de calor de 655 W/m a 
temperatura média é 77C
e. Sistemas de água a alta temperatura (AAT)
▪180 < T < 230ºC (Ps = 2,8 MPa)
f. Tubos disponíveis
Tubos de cobre
Tubos de aço
g. Perda de carga no escoamento de água 
nos tubos
Calcule a perda de carga quando 3,0 litros/s de água a 80C escoam através de 
um tubo de aço com diâmetro nominal de 50 mm (Di = 52,5 mm) e 40 m de 
comprimento.
Solução:
𝜌 = 971,64 Τ𝑘𝑔 𝑚3 𝜇 = 0,358𝑚𝑃𝑎. 𝑠
Para o aço,  = 0,000046 m:
𝑉 =
0,003 Τ𝑚3 𝑠
Τ𝜋 0,0525𝑚 2 4
= 1,386𝑚/𝑠
𝜀
𝐷
=
0,000046𝑚
0,0525𝑚
= 0,00088
𝑅𝑒 =
1,386𝑚/𝑠 0,0525𝑚 971,63𝑘𝑔/𝑚3
0,358𝑚𝑃𝑎. 𝑠
= 197.500
Do ábaco de Moody para Re = 197.500 e /D:
𝑓 = 0,0208
∆𝑃 = 0,0208
40𝑚
0,0525𝑚
1,386𝑚/𝑠
2
2
971,63𝑘𝑔/𝑚3 = 14,8𝑘𝑃𝑎
Para tubos com diâmetros de 50 mm e 3,0 litros/s, a perda de pressão 
será 425 Pa/m e 1,4 m/s. 
O fator de correção a ser
aplicado a P/m, a 80C e
1,4 m/s é 0,885.
Então:
∆𝑃 = 425𝑃𝑎/𝑚 0,885 40𝑚
∆𝑃 = 15,1𝑘𝑃𝑎
h. Perda de carga em acessórios de 
tubulações
i. Tubulações de refrigerante
• Linha de descarga: perda de carga influencia o compressor
• Linha de líquido: perda de carga não prejudica a eficiência do ciclo
• Linha de sucção: retorno do óleo e líquido no compressor (v > 6 m/s)
j. Características de bombas e suas 
escolhas
ሶ𝑊𝑖 = ሶ𝑚න
𝑃1
𝑃2
𝑣𝑑𝑃
ሶ𝑊i: potência ideal, W
P1: pressão de entrada, Pa
P2: pressão de saída, Pa
ሶ𝑚: vazão mássica, kg/s
v: volume específico, m3/kg
ሶ𝑊𝑖 = ሶ∀ 𝑃2 − 𝑃1
ሶ𝑊 =
ሶ∀ 𝑃2 − 𝑃1
𝜂/100
A potência real, onde existem 
perdas, é:
Usando as curvas de eficiência mostradas para a bomba, determine a 
potência necessária para a bomba, quando a água escoa a 6 litros/s.
Solução:
Na vazão de 0,006 m3/s, o aumento de pressão desenvolvida pela bomba é 
240kPa e a eficiência 0,78.
ሶ𝑊 =
0,006𝑚3/𝑠 240.000𝑃𝑎
0,78
= 1846𝑊
k. Projeto do sistema de distribuição de água
Arranjos básicos da tubulação: retorno direto (a) e retorno inverso (b)
Retorno direto: desvantagem – diferença de pressão para os trocadores não é 
uniforme (PA >PD)
Retorno reverso: desvantagem – comprimento de tubo maior
Tanque de expansão: P constante
Tanque de expansão na saída da bomba: 
cavitação
Aquecedor na saída da bomba: 
aberturada válvula de alívio
l. Dimensionamento do tanque de expansão
∀𝑡=
∆𝑣
𝑣𝑐
∀𝑠
ൗ
𝑃𝑖
𝑃𝑐
− ൗ
𝑃𝑖
𝑃ℎ
v: diferença entre os volumes específicos da água líquida nas temperaturas de 
operação e de enchimento, m3/kg
vc: volume específico da água líquida na temperatura de enchimento, m
3/kg
∀s: volume do sistema, m
3
Pi: pressão no tanque de expansão quando é iniciada a admissão da água, kPa
Pc: pressão no tanque de expansão antes do aumento de temperatura, kPa
Ph: pressão no tanque de expansão quando a água, que está no sistema, está 
quente, kPa
∆𝑣
𝑣𝑐
∀𝑠= ∀𝐵 − ∀𝐶
1
ൗ
𝑃𝑖
𝑃𝑐
− ൗ
𝑃𝑖
𝑃ℎ
=
1
ൗ
∀𝐵
∀𝑡
− ൗ
∀𝐶
∀𝑡
=
∀𝑡
∀𝐵 − ∀𝐶
Qual o volume de um tanque de expansão, para um sistema de água
quente, com um volume de 7,6 m3, se o ponto mais alto do sistema
está localizado a 12 m do tanque de expansão? O sistema foi
carregado com água a 20C, sua temperatura de operação é 90  C
e a pressão relativa máxima admissível no sistema é 250 kPa.
Solução: 𝑣20℃ = 0,0010017𝑚
3/𝑘𝑔 𝑣90℃ = 0,0010361𝑚
3/𝑘𝑔
∆𝑣
𝑣𝑐
∀𝑠=
0,0010361𝑚3/𝑘𝑔 − 0,0010017𝑚3/𝑘𝑔
0,0010017𝑚3/𝑘𝑔
7,6𝑚3 = 0,261𝑚3
Admitindo que a pressão atmosférica vale 101 kPa, depois do enchimento do 
tanque com água fria, a pressão adicional, devido a coluna de 12 m de água: 
∆𝑃 =
12𝑚 9,807𝑚/𝑠2
0,0010017𝑚3/𝑘𝑔
= 117,5𝑘𝑃𝑎
𝑃𝑐 = 117,5𝑘𝑃𝑎 + 101𝑘𝑃𝑎 = 218,5𝑘𝑃𝑎
𝑃ℎ = 250𝑘𝑃𝑎 + 101𝑘𝑃𝑎 = 351𝑘𝑃𝑎
∀𝑡=
0,261𝑚3
ൗ101 218,5 − ൗ
101
351
= 1,496𝑚3