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TAREFA 05 – SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO E BOMBA DE CALOR 
1. QUAIS AS DIFERENÇAS ENTRE OS CICLOS DE POTÊNCIA E DE 
REFRIGERAÇÃO? 
Os ciclos de potência buscam produzir um trabalho líquido, e os ciclos de refrigeração, 
consomem trabalho para retirar calor de uma fonte quente. 
Todo ciclo de potência puxa calor de uma fonte quente ( ) e o utiliza para realizar um 
trabalho líquido ( ). Mas, além disso, é obrigatório que o motor “jogue fora” certa 
quantidade de calor para uma fonte fria ( ). 
Já o ciclo de refrigeração e a bomba de calor faz um processo exatamente oposto do 
motor, ou seja, se o motor “consome” calor para gerar trabalho então os refrigeradores e 
bombas de calor vão consumir calor para manipular o calor. Manipular porque esses ciclos 
fazem com que o calor siga num sentido não convencional, o calor vai do frio para o mais 
quente. 
Veja que como esse ciclo retira calor da fonte fria ela tende a ficar mais fria. O mesmo 
acontece com a fonte quente, que ao receber calor fica ainda mais quente. 
 
 
 
 
 
2. DESCREVA OS PROCESSOS E AS FUNÇÕES DE CADA COMPONENTE DO 
CICLO DE REFRIGERAÇÃO IDEAL POR COMPRESSÃO DE VAPOR. VER OS 
DIAGRAMAS DOS COMPONENTES E TXS ABAIXO. 
Figura 2: Ciclo de Potência Figura 1: Ciclo de Refrigeração 
A compressão de vapor usa um fluido refrigerante líquido circulante como meio 
(geralmente R134a) que absorve e remove o calor do espaço a ser resfriado e 
subsequentemente rejeita esse calor em outro local. A figura mostra um sistema típico de 
compressão de vapor de estágio único. O sistema típico de compressão de vapor consiste em 
quatro componentes: 
 Compressor 
 Condensador 
 Válvula de expansão (também chamada de válvula do acelerador) 
 Evaporador 
Processo 1-2s: Compressão isentrópica do refrigerante do estado 1 até a pressão do 
condensador no estado 2s. 
Processo 2s-3: Transferência de calor do refrigerante à medida que este escoa a pressão 
constante ao longo do condensador. O refrigerante sai como líquido no estado 3. 
Processo 3-4: Processo de estrangulamento do estado 3 até uma mistura de duas fases 
líquido-vapor em 4. 
Processo 4-1: Transferência de calor para o refrigerante à medida que o este escoa a pressão 
constante ao longo do evaporador para completar o ciclo. 
Durante um ciclo de compressão de vapor, o trabalho é feito no fluido pelas bombas 
entre os estados 1 e 2 ( compressão isentrópica ). Não há trabalho realizado pelo fluido, 
pois entre os estágios 3 e 4 o processo é isentálico. O fluido de trabalho em um ciclo de 
compressão de vapor segue um circuito fechado e é reutilizado constantemente. 
 À medida que o refrigerante passa pelo evaporador, a transferência de calor do espaço 
refrigerado resulta na evaporação do refrigerante. Para um volume de controle que engloba o 
lado do refrigerante no evaporador, os balanços de massa e de energia simplificam-se para 
fornecer a taxa de transferência de calor por unidade de massa do refrigerante em 
escoamento. 
 O refrigerante que deixa o evaporador é comprimido pelo compressor até uma pressão 
e uma temperatura relativamente altas. Admitindo-se que não haja transferência de calor de 
ou para o compressor, os balanços de massa e de energia para um volume de controle que 
englobe o compressor. 
 Finalmente, o refrigerante no estado 3 entra na válvula de expansão e se expande até a 
pressão do evaporador. Em geral, esse procedimento é modelado como um processo de 
estrangulamento. 
 A pressão do refrigerante decresce na expansão adiabática irreversível, e há um 
aumento correspondente na entropia específica. O refrigerante sai da válvula no estado 4 
como uma mistura de duas fases líquido-vapor. 
 No sistema de compressão de vapor, o fornecimento de potência líquida é igual à 
potência do compressor, já que a válvula de expansão não admite entrada ou saída de 
potência. 
 As irreversibilidades estão presentes no evaporador, no compressor e no condensador, 
quanto no desempenho idealizado na ausência de tais efeitos. Embora as irreversibilidades 
no evaporador, no compressor e no condensador possam ter um acentuado efeito no 
desempenho geral, é instrutivo considerar um ciclo idealizado no qual elas estejam 
supostamente ausentes. Tal ciclo estabelece um limite superior quanto ao desempenho do 
ciclo de refrigeração por compressão de vapor. 
3. DESENVOLVER OS MODELOS MATEMÁTICOS PARA O SISTEMA DE 
REFRIGERAÇÃO DE VAPOR. 
 
O equacionamento do ciclo ideal: seja a formulação simples da Equação da Energia, 
conforme dada abaixo, aplicável para um sistema em regime permanente, para um 
escoamento unidimensional com uma entrada e uma saída, isto é, ms = me = m. 
 ̇ ̇ ( 
 
 
 )
 
 ̇ ( 
 
 
 )
 
 ̇ 
 
 
Figura 3: Representação esquemática do ciclo ideal de 
refrigeração por compressão de vapor no diagrama de 
Mollier 
Figura 4: Ciclo de compressão de vapor ideal no 
diagrama de Mollier 
Hipóteses simplificadoras (Modelo de Engenharia) 
 Regime permanente - 
 
 
 = 0 
 
 
 
 
 
 
 
 Energia Cinética (Ec) e Energia Potêncial (Ep) = 0 
Analisando separadamente cada processo que forma o ciclo: 
I) Compressão - Modelo Ideal do Compressor: 
No compressor só há um fluxo de entrada e um de saída: me = ms = m. Vamos desprezar 
a variação das energias cinética e potencial entre a entrada e saída do compressor; e vamos 
admitir que o processo de compressão é adiabático e reversível, isto é, é isoentrópico, veja a 
figura. Assim, se o processo ocorre em regime permanente e se W é o trabalho realizado 
sobre o VC, 
 
 ̇ ̇ 
 
 
 ( 
 
 
 )
 
 ̇ ( 
 
 
 )
 
 ̇ 
 ̇ ( ̇ 
Os estados, representados por números, 1 e 2, estão na figura. 
 
As propriedades do refrigerante em 2 são conhecidas desde que se fixe a pressão de 
condensação, pois o processo é isoentrópico. 
II) Condensador e Evaporador - Modelo Ideal do Condensador e do Evaporador: 
 
 
As premissas são: 
1. regime permanente; 
2. só existe trabalho de escoamento (incluído na entalpia); 
3. só existe um fluxo de entrada e um fluxo de saída, me = ms = m; 
4. variações de energia cinética e potencial são desprezíveis frente à variação da 
entalpia, e 
5. a pressão é constante (esta é uma aproximação). 
 
Assim: 
Condensador ideal: ̇ ( ̇ 
Evaporador ideal: ̇ ( ̇ 
 
III) Válvula de Expansão - Modelo Ideal da Expansão: 
 
 
 
 
As premissas são: 
1. Regime permanente; 
2. Processo adiabático; 
3. Só existe um fluxo de entrada e um fluxo de saída, me = ms = m; 
4. Variação de energia potencial é desprezível; 
5. Variação de energia cinética pode ser desprezível. 
Assim: 
 
Expansão ideal: ( ̇ 
Isto é, 
Evaporador ideal: (processo isoentálpico) 
Consequentemente, é irreversível, pois não é isoentrópico (volte ao diagrama de 
Mollier para verificar): isto é, um processo adiabático isoentálpico não é isoentrópico (e não 
é reversível). 
 
4. VOCÊ POSSUI UM REFRIGERADOR EM SUA CASA. O DESEMPENHO DO 
APARELHO NO VERÃO É DIFERENTE DO DESEMPENHO NO INVERNO? 
EXPLIQUE. 
 O desempenho de um refrigerador no verão é diferente do desempenho no inverno. O 
motivo se deve por conta de o funcionamento de um refrigerador apenas retirar calor do 
local e assim gerando o frio, por isso na época de verão o ambiente vai estar com 
temperatura maior do que no inverno, tornando assim o desempenho no verão menor do que 
no inverno. 
 
5. POR QUE A UNIDADE INTERNA DE UM SISTEMA DE AR-CONDICIONADO 
CENTRAL TEM UMA MANGUEIRA COMO DRENO? 
 O dreno do ar-condicionado é a parte responsável por remover a água produzida pelo 
aparelho. O equipamento retira a umidade do ambiente quando está trabalhando, realizando 
o processo de condensação, que é quando a água passa do vapor para o líquido. 
 
6. UM REFRIGERANTE ESCOANDOPARA O COMPRESSOR DE UM 
REFRIGERADOR FLUI POR UM TUBO COM DIÂMETRO MAIOR QUE O 
TUBO DE SAÍDA (DESCARGA) DO COMPRESSOR. PORQUÊ? 
 A tubulação usada para transportar o vapor frio é chamada de linha de sucção, ligando o 
evaporador ao compressor. Em geral, a temperatura do refrigerante na sucção do compressor é 
inferior à temperatura do meio externo e, consequentemente, se estabelece um fluxo de calor nessa 
direção. Tanto a transferência de calor quanto a perda de pressão nessa linha afeta o desempenho do 
compressor. O ganho de calor na linha é considerado como um efeito de refrigeração inútil, pois 
acontece fora do ambiente refrigerado. A transferência de calor pode ser minimizada através de um 
adequado isolamento térmico, por isso se faz necessário um diâmetro maior. Ou seja, o diâmetro 
de sucção deve ser um diâmetro superior ao diâmetro de descarga com a finalidade, tanto de diminuir 
a carga cinética de entrada da bomba, quanto diminuir Hpsucção. 
 
7. QUAIS SÃO AS TRÊS CONSIDERAÇÕES QUE DEVEM SER PONDERADAS 
NA SELEÇÃO DE UM REFRIGERANTE PARA UM REFRIGERADOR 
DOMÉSTICO? 
 Os três fatores importantes na seleção de um refrigerante são segurança, desempenho, 
impactos e segurança. O quesito segurança é importante uma vez que o gás ou liquido usado 
não pode oferecer nenhum risco aos usuários dos aparelhos como exemplo temos a amônia 
que é um refrigerante, mas extremamente toxico. No que diz respeito ao meio ambiente o 
fluido não deve afetar a camada de ozônio, como o gás freon que já foi utilizado em larga 
escala em geladeiras como fluido refrigerante e também propulsor de sprays. Por fim, o 
Desempenho é o básico que o fluido deve fornecer em relação ao resfriamento, uma vez que 
o gás ou liquido atende aos dois primeiros itens não é o mais indicado caso não consiga 
entregar o desempenho desejado. 
 
8. O QUE QUALIFICA UM REFFRIGERADOR PARA TER UM SELO DO 
PROGRAMA DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA (PROCEL)? 
O Selo Procel tem por objetivo orientar o consumidor no ato da compra, indicando os 
produtos que apresentam os melhores níveis de eficiência energética dentro de cada 
categoria. O Inmetro, através do Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE), classifica os 
produtos de A, que são os mais eficientes, até E, menos econômicos. Somente os aparelhos 
na categoria A, dentre os que consomem energia elétrica, é que recebem o selo Procel. 
O que é avaliado: A classificação varia de A (o mais econômico) a E (o menos eficiente) 
Geladeiras / Refrigeradores: A classificação é segundo o consumo de energia elétrica 
(kWh/mês) e a capacidade de congelamento. Os índices de eficiência energética variam de 
acordo com o tipo do produto (refrigerador, refrigerador com freezer, refrigerador com 
freezer frost free, congelador vertical, congelador vertical frost free, congelador horizontal). 
No bolso: O consumo cresce entre 10% e 15% a cada mudança de faixa. Considerando uma 
tarifa média de R$ 0,55/kWh, o gasto cai de R$ 19 (selo E) para R$ 12 (selo A). Por ano, a 
economia é de R$ 84. 
9. GRANDES EDIFÍCIOS DE ESCRITÓRIOS COSTUMAM USAR AR-
CONDICIONADO PARA REFRIGERAR ÁREAS INTERNAS MESMO NO 
INVERNO EM CLIMAS FRIOS. POR QUÊ? 
O ar-condicionado é um aparelho que pode servir como um sistema de aquecimento e 
refrigeração que pode ser usado durante todo o ano. O ar-condicionado no inverno pode 
operar em um ciclo reverso para aquecer o ar. Na verdade, o ar-condicionado no inverno, 
assim como no verão, serve como uma das melhores formas de garantir o seu conforto 
térmico. 
O ar-condicionado no inverno ameniza as temperaturas baixas, climatizando o ambiente 
e proporcionando conforto e bem-estar. 
Escritórios e espaços de comerciais 
Não são apenas residenciais que se beneficiam de um sistema de ar condicionado para 
uso durante todo o ano. Todos os tipos de escritórios e espaços de comerciais também 
podem se beneficiar, pois é fato que conforto térmico pode contribuir no rendimento das 
pessoas no ambiente de trabalho. Ou seja, para além dos outros benefícios, o ar-
https://www.dufrio.com.br/blog/ar-condicionado/comercial/entenda-por-que-investir-na-compra-de-um-ar-condicionado-quente-e-frio/
https://www.dufrio.com.br/blog/ar-condicionado/comercial/entenda-por-que-investir-na-compra-de-um-ar-condicionado-quente-e-frio/
https://www.dufrio.com.br/blog/ar-condicionado/comercial/por-que-e-importante-manter-o-conforto-termico-no-ambiente-de-trabalho/
condicionado ajuda a manter a temperatura ideal no ambiente, para proporcionar conforto a 
quem está trabalhando. 
Existem várias soluções de ar condicionado no mercado. Para um ar condicionado que 
seja útil no verão e inverno, existem diferentes tipos de sistemas, e cada um servirá para um 
perfil diferente. 
Existem muitas características que fazem dos sistemas de ar-condicionado quente e frio 
um bom investimento, tais como: 
 Operação silenciosa, já que estes sistemas são muito silenciosos, de modo que não há 
ruídos de fundo irritantes; 
 No inverno, a temperatura ambiente ideal gira em torno de 20,5º C e 23,5º C. Com 
um ar-condicionado, ela pode ser alcançada de forma rápida e eficiente; 
 Economia de energia, visto que os sistemas de ar condicionado mais modernos 
consomem menos energia e estão melhorando a eficiência energética o tempo todo. 
Para ambientes maiores, como redes hoteleiras em regiões em que o frio é mais severo, 
por exemplo, investir em um sistema de ar-condicionado para aquecer o ambiente sai muito 
mais em conta que outras formas de calefação. Isso porque o custo de manutenção de um 
aparelho é mais barato, assim como o seu gasto de energia. 
Além disso, utilizando um sistema de ar-condicionado, a economia de energia pode ser 
maior. Diferente das redes de calefação, não é necessário aquecer todos os cômodos de um 
ambiente para garantir um clima mais agradável. Com o ar-condicionado, é possível ligar 
apenas os aparelhos que estão em quartos ocupados, evitando o gasto de energia com 
ambientes que nem estão sendo utilizados. 
Diferenças entre aquecedor x ar-condicionado 
O ar-condicionado quente e frio e o aquecedor são aparelhos diferentes com funções e 
objetivos diferentes. O aquecedor, independente do modelo, concentra o calor em torno de 
si, não climatizando o ambiente por completo. Por sua vez quem utiliza o ar-condicionado 
no inverno consegue distribuir o calor por todo o local. 
Além do mais, o ar-condicionado quente e frio pode ser usado em todas as estações, ao 
contrário do aquecedor, que se torna mais um objeto guardado e sem utilidade durante o 
verão. 
Por isso, grandes edifícios de escritório costumam usar ar-condicionado mesmo no inverno. 
10. DESCREVA AS PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE 
REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR. 
Os sistemas de refrigeração por compressão usam um fluido refrigerante líquido 
circulante como meio que absorve e remove o calor do espaço a ser resfriado e 
subsequentemente rejeita esse calor em outro local, este sistema tem larga uso em larga 
escala em geladeiras e ar condicionados domésticos, além destes em câmaras frias em 
frigoríficos.