SISTEMAS TÉRMICOS - PARTE 2_rev02

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Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 1
Sistemas Térmicos, Refrigeração e Climatização
Prof. Carlos Catunda
PARTE - 2/2
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Rev. 02
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 2
1. Definições.
2. Fundamentos ar condicionado.
3. Ciclos e equipamentos de refrigeração.
4. Sistemas e equipamentos de refrigeração.
5. Distribuição e filtragem.
6. Controle do sistema de condicionamento.
Ementa
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 3
1. Compreender os princípios de funcionamento de sistemas de refrigeração.
 Identificar e descrever os componentes e acessórios;
 Compreender o funcionamento de cada um dos componentes e
acessórios;
2. Desenvolver capacidade de selecionar e aplicar esses equipamentos em
projetos de instalações. Aprender noções de projeto destes equipamentos.
 Avaliar o funcionamento e o desempenho de sistemas de refrigeração
multi-pressão;
 Compreender o funcionamento dos sistemas de controle e automação,
bem como as estratégias de controle, utilizados nestes sistemas;
 Conhecer as regras de segurança especiais aplicáveis a estes
sistemas com utilização de distintos fluidos refrigerantes;
Objetivos Gerais / Objetivos Específicos
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1. Introdução e Aplicações de Sistemas Térmicos para Refrigeração
2. Psicrometria
≡ Introdução
≡ Parâmetros Psicrométricos
≡ Carta ou Diagrama Psicrométrico
≡ Saturação Adiabática e Temperatura de Bulbo Úmido
≡ Transferência de Calor e Massa
≡ Processos Básicos de Condicionamento de Ar
3. Isolamento Térmico / Carga Térmica / Conforto Térmico
4. Ciclos Frigoríficos
5. Compressores / Dispositivos de Expansão / Condensadores / Evaporadores
6. Torres de Resfriamento / Condensadores Evaporativos / Centrais de água gelada
7. Sistemas de Condicionamento de Ar
8. Calefação
9. Ventilação
Sumário
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1. Helio Creder; Instalações de Ar
Condicionado – Editora LTC – 6ªed
2. Stoccker, W.F. e Jones, J.W.; Refrigeração
e Ar Condicionado – Editora McGraw-Hill
– 2aed
3. Costa, Ennio Cruz; Física Aplicada à
Construção – Conforto Térmico – Editora
Blücher Ltda – 2aed
Bibliografia
Bibliografia Complementar
Van Wylen, Gordon John; Sonntag, Richard
Edwin e Bornakke, Claus; Fundamentos da
Termodinâmica – Ed.Edgar Blücher Ltda – 8aed
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 6
1. MILLER, Rex; MILLER, Mark R. Ar condicionado e refrigeração. 2. ed. Rio
de Janeiro: LTC, 2014
2. SILVA, JESUE GRACILIANO DA. Introdução a tecnologia da refrigeração e
da climatização. São Paulo: Artliber, 2004
3. DOSSAT, Roy J. Principles of refrigeration. 4. ed. New Jersey: Prentice-
Hall, 1997
4. STOECKER, W. F.; JONES, J. W. Refrigeração e ar condicionado.
Tradução José M. Saiz Jabardo. São Paulo: McGraw-Hill, 1985.
5. SILVA, J.G. Introdução à tecnologia da refrigeração e da climatização. São
Paulo: Artliber, 2003.
6. WIRZ, DICK. Refrigeração comercial: para técnico de ar condicionado. São
Paulo: Cengage, 2011.
Bibliografia Complementar
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Capítulo 4 – Ciclos de Refrigeração
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Os ciclos de refrigeração, isto é, ciclos termodinâmicos de fluidos refrigerantes
em equipamentos frigoríficos por compressão de vapor, são adequadamente
representados em diagramas P x h (pressão-entalpia, diagrama de Mollier) e
diagrama T x s (temperatura-entropia).
O Ciclo de Refrigeração
Observe, no diagrama de Mollier, as regiões de líquido sub-resfriado, à esquerda de x = 0, 
de vapor úmido, 0 < x < 1, no envelope, e vapor super -aquecido, à direita de x = 1
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O esquema representa um sistema frigorífico: os produtos estão na câmara
frigorífica, que é mantida à temperatura baixa pela troca de calor que ocorre
no evaporador.
O evaporador é um trocador de calor (no caso, de tubos aletados) que resfria
o ar que circula na câmara, movimentado pela ação do ventilador. No
evaporador ocorre a evaporação do fluido refrigerante, idealmente um
processo isobárico (na realidade, com pequena variação de pressão). Ainda
no interior da câmara, próximo do evaporador, está o dispositivo de expansão
(a válvula termostática).
No exterior da câmara estão o compressor e o condensador (e outros
dispositivos auxiliares, como o vaso acumulador e o filtro). Esse é exatamente
o esquema de uma geladeira comum, por compressão de vapor.
Sistema de Expansão Direta
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Sistema de Expansão Direta
Câmara Frigorífica
Temperatura ambiente a 25 oC
Produtos
0 oC
Evaporador
Condensador
Válvula
Motor-Elétrico
Compressor
1
2
4
3
T
s
Diagrama T-s
0
25
-10
35
1 2
34
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No sistema indireto: o ambiente (ou processo) será resfriado ou condicionado 
por um fluido secundário, isto é, um fluido de transferência que não é o 
refrigerante com o qual opera o ciclo. No caso, figura abaixo, o fluido de 
trabalho é resfriado pelo refrigerante no evaporador e retira calor do ambiente a 
ser refrigerado. Um tal sistema é conhecido no meio técnico como “chiller”, do 
inglês, isto é, um resfriador.
Sistema de Expansão Indireta
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Consiste em uma série de processos executados sobre e por um fluido de
trabalho, denominado de refrigerante.
A geladeira da sua casa, por exemplo, e o aparelho de ar condicionado de
janela, o ar-condicionado de seu carro, o sistema de condicionamento central
de um edifício, de um “shopping center”, e vários outros, industriais,
comerciais e residenciais.
O ciclo é constituído dos seguintes processos:
1. Compressão de vapor, isto é, um compressor realiza trabalho sobre o
vapor, transfere potência a ele;
2. Condensação do vapor, que ocorre no condensador (o trocador de calor à
direita, na figura acima);
3. Expansão do líquido após o condensador, que ocorre na válvula
termostática ou em um tubo capilar;
4. Evaporação do líquido no evaporador.
Ciclo frigorífico de compressão de vapor
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Ciclos reais desviam-se dos ciclos ideais, isto é, o ciclo ideal serve, para
nossa análise do ciclo real, como uma referência, um objetivo a atingir (apesar
de inalcançável), através da melhoria de cada processo que o constitui. Veja
então um ciclo ideal de compressão de vapor, na figura seguinte, representado
esquematicamente e no diagrama de Mollier (P versus h):
Ciclo IDEAL frigorífico de compressão de vapor
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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.
Cada um dos processos que formam o ciclo devem ser analisados
separadamente:
Ciclo IDEAL frigorífico de compressão de vapor
mgVhmgVh e
e
s
s
 




 




   e
2
1e
2
1
W 22Q útil
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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. 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.
Modelo Ideal do Compressor
mgVhmgVhdE e
e
s
s
CV
útil dt 
 




 




   e
2
1e
2
1
W 22Q
  mhh   12W
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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:
Condensador e Evaporador >> Modelo Ideal do 
Condensador e do Evaporador
 mQ hh  23 
 mQ hh  41
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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:
Expansão ideal: Processo isoentálpico!
Válvula de Expansão >> Modelo Ideal da Expansão
 mhh  0 34 
hh 34 
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Representação esquemática do ciclo ideal de refrigeração por compressão de 
vapor no diagrama T versus s.
Diagrama T versus s
Ciclo ideal de compressão de 
vapor, diagrama T x s
Ciclo real de compressão de vapor, 
diagrama T x s
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Diferenças entre os ciclos ideal e real de refrigeração por compressão de vapor 
no diagrama P versus h (Mollier).
Diagrama P versus h
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Em um ciclo de refrigeração, o objetivo é a remoção de calor do ambiente a
ser refrigerado. Assim, seu COP – Coeficient of Performance, é definido como
sendo a razão entre o calor retirado e o trabalho realizado:
Idealmente,
O COP depende:
1. da temperatura de evaporação (vaporização);
2. da temperatura de condensação
3. propriedades (funções de estado) do refrigerante na sucção do
compressor, e
4. de todos os componentes do sistema: compressor, condensador, etc.
Sistemas de refrigeração e bombas de calor
COP – Coeficient of Performance
W
COP
QL
hh
hhCOP
12
41



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Modelo de Carnot
Sistemas de refrigeração e bombas de calor
COP – Coeficient of Performance
Carnot
CH
C
MÁX TT
T


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Sistemas de refrigeração e bombas de calor
COP – Coeficient of Performance
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Analisando sistemas de refrigeração por compressão de vapor
Sistemas de refrigeração e bombas de calor
COP – Coeficient of Performance
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41
entra hh
m
Q


 entraQ
Capacidade frigorífica 
[kcal/h] [kW] ....
12
c hh
m
W



Potência de compressão
[kW] ....
cW
32
sai hh
m
Q


 saiQ
Calor rejeitado 
[kcal/h] [kW] ....
43 hh  Expansão isoentálpica(estrangulamento)
1s2
41
c
entra
hh
hh
mW
mQ





Desempenho
... Avaliando trabalho e transferência de calor
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1940 a 1990 - Fluidos refrigerantes --- CFCs => Afetam a camada de ozônio
Refrigerante 12 – CCl2F2 é um exemplo
Atualmente - Fluidos refrigerantes --- HFCs e HCFcs
 Afetam menos a camada de ozônio
Refrigerante 134a – CF3CH2F é um exemplo de HFCs
Refrigerante 22 – CHClF2 é um exemplo de HCFCs
Amônia – NH3
Propriedade dos fluidos refrigerantes
Importante!
Verificar Material de:
CATUNDA, Carlos. Sistemas Térmicos. Notas de Aula, 
p87-90, 2015 (em anexo)
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O refrigerador doméstico é hoje, sem dúvida, o mais importante entre os
eletrodomésticos. Estes são sempre máquinas frigoríficas por compressão de
vapor, e o R-12 é ainda o refrigerante mais utilizado, apesar de que, a partir do
Protocolo de Montreal, de 1990, tem sido progressivamente substituído por R134a,
R600 (n-butane), R600a (iso-butane) ou R600b (cyclo-pentane). Os refrigerantes
hidrocarbonetos “modernos”, butano e pentano, têm pressão de vapor mais baixa
que os Freon e o R134, fazendo com que a pressão no evaporador esteja abaixo
da atmosférica, vácuo, algum valor por volta de 58 kPa., veja tabela abaixo.
Refrigeradores Domésticos
Refrigerante R12 R134a R600a
Nome, fórmula Dicloro‐difluoro‐
metano, CCl2F2
1,1,1,2‐tetrafluoro‐
etano, CF3CH2F
Iso‐butano, 
CH3)3CH
Massa molar [kg/mol] 0.121 0.102 0.058
Temperatura ebulição [K] 243.2 246.6 261.5
Temperatura Crítica [K] 388 374 408
Pressão Critica [MPa] 4.01 4.07 3.65
Densidade a 25 ºC [kg/m3] 1470 1370 600
Pressão vapor a 25 ºC [kPa] 124 107 58
Enthalpia vaporização a 25 ºC [kJ/kg] 163 216 376
Propriedades de refrigerantes de uso doméstico
Exemplo sobre Temperatura Orvalho
Estudo Dirigido
Refrigerador Doméstico
. 
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Um sistema de refrigeração por compressão de vapor opera com Freon‐12. A vazão 
mássica do sistema operando em condição de regime permanente é de 6 kg/min. O 
Freon entra no compressor como vapor saturado a 1,5 bar, e sai a 7 bar. Assuma que o 
compressor tem rendimento isoentrópico de 70%. O condensador é do tipo tubo 
aletado, resfriado com o ar ambiente. Na saída do condensador o Freon está como 
líquido saturado. A temperatura da câmara frigorífica é –10°C e a temperatura 
ambiente é 22°C. Considere que as trocas de calor no sistema ocorram somente no 
evaporador e no condensador, e que evaporação e condensação ocorram sob pressão 
constante. Pede‐se:
1. A representação dos processos termodinâmicos do ciclo nos diagramas Pxh e Txs;
2. A eficiência de Carnot deste ciclo;
3. O COP do ciclo;
4. A capacidade de refrigeração do ciclo;
Exemplo sobre Temperatura Orvalho
Exemplo
Ciclo de Refrigeração por compressão de vapor
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Notar que h2s é facilmente obtido se a 
compressão é isoentrópica. E que h2 é 
calculado sabendo-se a eficiência do processo 
de compressão. Assim,
h2 = h1 + (h2s – h1)/0,7 = 217,88 [kJ/kg]
1. A representação dos processos 
termodinâmicos:
Exemplo
Ciclo de Refrigeração por compressão de vapor
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 29
2. A eficiência de Carnot, COPc:
3. A eficiência do ciclo, COP:
4. A capacidade de refrigeração, em kW:
22,8
32
263





TT
Q
QQ
QQ
COP
fq
f
fq
ff
C W




 
  01,381,38
83,116
07,17988,217
24,6207,179
12
41 






hh
hhQCOP m
m
W
f
C 



      kWkgkJskgm hhQf 68,1183,11660641  
Exemplo
Ciclo de Refrigeração por compressão de vapor
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 30
Calcule o COP em um Sistemas de refrigeração a vapor com Circuito de
refrigeração simples conforme parâmetros de operação dispostos na imagem
abaixo:
Exemplo sobre Temperatura Orvalho
Exercícios
Sistemas de refrigeração a vapor - EX01
Refrigerante 134a
T3=26 oC psat=6,853 bar
]s/kg[08,0m 
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 31
Refrigerante 134a
Ponto 1 => vapor saturado T=0 oC => h1=247,23 [kJ/kg] / s1=0,9190 [kJ/kg.K]
Ponto 2 => vapor super‐aquecido / s2s=s1=0,9190 [kJ/kg.K] =>T2s30 oC => h2s=264,7 [kJ/kg]
T3=26 oC psat=6,853 bar
Ponto 3 => líquido saturado =>T3=26 oC => h3=85,75 [kJ/kg]
Ponto 4 => mistura líquido/vapor =>T4=0 oC => h4=85,75 [kJ/kg]   => x= 0,24
]s/kg[08,0m 
Exemplo sobre Temperatura Orvalho
Exercícios
Sistemas de refrigeração a vapor - EX01
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 32
= 0,08(264,7 ‐ 247,23)=0,08x17,47=1,39 [kW]=1,9 CV
 =12,91 / 1,39 = 9,24 
)hh(mW 12c  
)hh(mQ 41entra   = 0,08(247,23‐85,75)=0,08x161,48=12,91 [kW]
MÁX = 273 / (299 – 273) = 10,5 
Refrigerante 134a
T3=26 oC psat=6,853 bar
]s/kg[08,0m 
Exemplo sobre Temperatura Orvalho
Exercícios
Sistemas de refrigeração a vapor - EX01
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 33
s
Calcule o COP em um Sistemas de refrigeração a vapor com Circuito de
refrigeração simples conforme parâmetros de operação dispostos na imagem
abaixo:
Exemplo sobre Temperatura Orvalho
Exercícios
Sistemas de refrigeração a vapor - EX02
Refrigerante 134a
T3=35,53oC psat=9 bar
]s/kg[08,0m 
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 34
s
Ponto 1 => vapor saturado T=‐10 oC => h1=241,35 [kJ/kg] / s1=0,9253 [kJ/kg.K]
Ponto 2 => vapor super‐aquecido / s2s=s1=0,9253 [kJ/kg.K] =>T2s42 oC => h2s=272,39[kJ/kg]
Ponto 3 => líquido saturado =>T3=35,53 oC => h3=99,56 [kJ/kg]
Ponto 4 => mistura líquido/vapor =>T4= ‐10 oC => h4=99,56 [kJ/kg]
T3=35,53 oC psat=9 bar
= 0,08 (272,39 ‐ 241,53)
= 0,08x30,86=2,48 [kW]=3,37 CV
 =11,34 / 2,48 = 4,57 
)hh(mW 1s2c  
)hh(mQ 41entra  
= 0,08 (241,35‐99,56)
= 0,08x141,79=11,34 [kW]
MÁX = 10,5 
Exemplo sobre Temperatura Orvalho
Exercícios
Sistemas de refrigeração a vapor - EX02
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 35
s
Calcule o COP em um Sistemas de refrigeração a vapor com Circuito de
refrigeração simples conforme parâmetros de operação dispostos na imagem
abaixo:
Exemplo sobre Temperatura Orvalho
Exercícios
Sistemas de refrigeração a vapor - EX03
Refrigerante 134a
T3=30 oC
]s/kg[08,0m 
30oC p=9 bar
26oC
0oC
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 36
30oC p=9 bar
= 0,08 (280,15 ‐ 241,53)
= 0,08x38,62=3,09 [kW]=4,2 CV
 =11,99 / 3,09 = 3,87 
)hh(mW 12c  
)hh(mQ 41entra  
= 0,08 (241,35‐91,49)
= 0,08x149,86=11,99 [kW]
MÁX = = 10,5 
26oC
0oC
Ponto 1 => vapor saturado T=‐10 oC => h1=241,35 [kJ/kg] / s1=0,9253 [kJ/kg.K]
Ponto 2s => vapor super‐aquecido / s2s=s1=0,9253 [kJ/kg.K] =>T2s42 oC => h2s=272,39 [kJ/kg]
Ponto 3 => líquido comprimido =>T3=30 oC => h3=91,49 [kJ/kg]
Ponto 4 => mistura líquido/vapor =>T4= ‐10 oC => h4=91,49 [kJ/kg]
 
)hh(
)hh(
mW
mW
12
1s2
c
sc
c 




]kg/kJ[15,280h
35,241h
35,24139,2728,0 2
2




Exemplo sobre Temperatura Orvalho
Exercícios
Sistemas de refrigeração a vapor - EX03
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 37
Câmara Frigorífica
Temperatura ambiente a 25 oC
Produtos
0 oC
Evaporador
Condensador
Válvula
Motor-Elétrico
Compressor
1
2
4
3
T
0
25
-10
35
1 2
34
Sistemas de refrigeração a vapor
Circuito de refrigeração simples
sDiagrama T-h
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 38
Fábricas de gelo
Gelo
0 oC
1
2
4
3
T
Diagrama T-h
0
25
-10
35
1
2
3
4
Evaporadores
Condensadores
Separador
de Líquido Compressores
Sistemas de refrigeração a vapor
Circuito de refrigeração de um estágio
s
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 39
Túneis de congelamento
-30 oC
Produtos
Evaporadores
Compressores primeiro estágio Condensadores
Separador de
Líquido Compressores
segundo estágio
Separador de
Líquido
1
2
4
3
T
-30
25
-10
35
1
2
3
4
5 6
7
-35
5
6
7
s
8
8
Sistemas de refrigeração a vapor
Circuito de refrigeração de dupla expansão
Diagrama T-h
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 40
Túneis de congelamento
-30 oC
Produtos
Evaporadores
Compressores
primeiro estágio Condensadores
Resfriador
Intermediário Compressores
segundo estágio
Separador de
Líquido
1
2
4
3
T
-30
25
-10
35
1
2
3
4
5 6
7
-35
5
6
7
s
Circuito de refrigeração de dupla expansão com 
resfriador intermediário
Diagrama T-h
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 41
Fábricas de gelo
Gelo
0 oC
1
2
4
3
T
s
0
25
-10
35
1
2
3
4
Evaporadores
Condensadores
Separador
de Líquido Compressores
m
Coeficiente de performance é a relação
entre o efeito frigorífico e a potência
elétrica fornecida aos compressores
em regime de temperatura específico:
COP = Qevap / Welet
Welet
COP – Coeficient of Performance
Diagrama T-h
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 42
Condensadores
Wc5
Wc7Wc6
RI
-10 °C
SL-3
-40 °C
SL-4
-40 °C
Coletor -40 °C
Recipientes de amônia
SL-2
-10 °C
SL-1
0 °C
Wc9
m1
Coletor -10 °C Coletor 0 °C
EV-1
EV-2
EV-3EV-4
m2
m5
m3
1
4
m4
Coletor de alta
Wc8Wc1 Wc4
98
10
6
7
5
2
3
Regime 0 oC ->
Circuito de um estágio
Regime -10 oC ->
Circuito de um estágio
Regime -40 oC -> 
Túnel Recrusul
Circuito de dupla 
expansão com RI
Regime -40 oC -> 
Túnel Madef
Circuito de dupla 
expansão sem RI
Climatização
1.810 Mcal/h
Fábrica 
de Gelo
627 Mcal/h
RecrusulMadef
1.072 Mcal/h824 Mcal/h
6 7
1 4 5 8 9
Circuito de Refrigeração
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 43
Pontos de medição de vazão
Medições realizadas:
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 44
Calcule a quantidade de água condensada que resulta do processo de compressão de ar em um 
conjunto de compressores. O ar é aspirado a 25 ºC, 100 kPa and 50% UR, é então comprimido até 
10 Mpa e resfriado para a temperatura ambiente, novamente, e armazenado.
Solução:
A umidade absoluta do ar ambiente aspirado pelos compressores é calculada de
]kgar/Og[10
g
g010,0
1
kPa17,35,0
kPa100
622,0
1
622,0
1
622,0
H
p
p
p
p 2
s
atm
V
atm









Quando o ar é comprimido pelos compressores, e depois resfriado nos “after‐coolers”, para a
temperatura ambiente, novamente, atinge a condição de saturação. Assim, a máxima quantidade
de água no ar será:
]kgar/Og[197,0
g
g000197,0
1
kPa17,31
kPa10000
622,0
H2



Exemplo sobre Temperatura Orvalho Exercícios
Condensação de água na compressão do ar por kg de ar 
seco
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 45
Capítulo 5 – Compressores / Dispositivos de 
Expansão / Condensadores / Evaporadores
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 46
Importante!
Verificar Material de:
CATUNDA, Carlos. Sistemas Térmicos. Notas de Aula, 
2015 (em anexo)
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 47
Capítulo 6 – Torres de Resfriamento / Condensadores 
Evaporativos / Centrais de água gelada
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 48
A torre de resfriamento é um equipamento de rejeição de calor: rejeita calor
para a atmosfera (p/ o ar), resfriando um fluxo de água quente. A água
arrefecida na torre é usada para resfriar o fluido refrigerante em um
condensador, para arrefecer a água de refrigeração de uma usina, para
resfriar a água que circula em um equipamento qualquer, etc, e várias outras
aplicações.
O resfriamento da água se dá, fundamentalmente, pela transferência de calor
latente, pela evaporação da água.
Torre de Resfriamento
Esquema operacional
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 49
As torres de resfriamento são equipamentos utilizados para o resfriamento de
água industrial, como aquela proveniente de condensadores de usinas de
geração de potência, ou de instalações de refrigeração, trocadores de calor,
etc. A água aquecida é gotejada na parte superior da torre e desce lentamente
através de “enchimentos” de diferentes tipos, em contracorrente com uma
corrente de ar frio (normalmente à temperatura ambiente). No contato direto
das correntes de água e ar ocorre a evaporação da água, principal fenômeno
que produz seu resfriamento.
Torre de Resfriamento - Objetivo
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 50
Torre de Resfriamento
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 51
Torre de Resfriamento
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 52
Há dois modos principais para se caracterizar uma torre de resfriamento, 
conforme o tipo de tiragem ou conforme as direções dos fluxos de ar e água.
Conforme o tipo de tiragem:
1. Tiragem natural;
2. Tiragem mecânica, que pode ser induzida ou forçada.
Conforme as direções dos fluxos de ar e água:
1. Contra corrente;
2. Correntes cruzadas.
Nota: Nas torres de tiragem natural, a movimentação do ar é proporcionada 
pela diferença das densidades do ar úmido no interior da torre e do ar 
ambiente. Como este efeito é pouco acentuado em regiões onde as 
temperaturas ambiente são mais elevadas, as torres de tiragem natural são 
raramente utilizadas no Brasil.
Tipos de Torres de Resfriamento
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 53
Tipos de Torres de Resfriamento
Ar
ra
nj
o
ge
ra
ld
e
um
a
to
rre
de
co
nt
ra
co
rre
nt
e
Ar
ra
nj
o
ge
ra
ld
e
um
a
to
rre
de
C
or
re
nt
es
cr
uz
ad
as
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 54
A torre de contra corrente é dividida em 
células independentes, cada uma com seu 
ventilador, permitindo maior flexibilidade 
operacional. Os distribuidores de água 
quente ficam um pouco acima do 
enchimento e dos eliminadores de gotas, 
ocupando toda a área transversal da torre.
Entre os distribuidores e a plataformaonde 
estão os ventiladores existe um espaço 
vazio, denominado câmara de plenum. A 
principal finalidade deste espaço vazio é 
equalizar a pressão de sucção dos 
ventiladores por toda a área do enchimento, 
garantindo um fluxo de ar uniforme na torre. 
A água é coletada e acumulada na bacia de 
água fria, na base da torre
Torres de Resfriamento tipo Contra-corrente
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 55
A torre de correntes cruzadas são de maior 
porte e são divididas em células 
independentes, cada uma com seu ventilador, 
para maior flexibilidade operacional. A parte 
central da plataforma é ocupada pelos 
ventiladores. As bacias de distribuição de água 
quente, com orifícios, ficam à esquerda e à 
direita dos ventiladores, na altura da 
plataforma e um pouco acima do enchimento.
Os eliminadores de gotas, ficam ao longo de 
toda a superfície do enchimento, do lado da 
saída de ar. O espaço vazio, na parte central, 
entre os dois lados do enchimento, é a câmara 
de plenum que, como nas torres de contra 
corrente, serve para equalizar a pressão de 
sucção dos ventiladores no enchimento. A 
água é coletada e acumulada na bacia de água 
fria, na base da torre, de onde é bombeada 
para os pontos de utilização.
Torres de Resfriamento tipo Corrente Cruzada
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 56
ventilador
motor do ventilador
borrifador de água
enchimento
filtro
tanque de água
Componentes de uma Torre Resfriamento
VENTILADOR AXIAL
RETENTORES DE GOTAS
BACIA COLETORA
ENCHIMENTO
 DE CONTATO
VENEZIANA PARA 
ENTRADA DE AR
DISTRIBUIÇÃO
DE ÁGUA
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Os ventiladores movimentam o ar através da torre. Quando a tiragem é
induzida, os ventiladores estão instalados na horizontal, na parte superior da
torre. Quando a tiragem é forçada, os ventiladores estão instalados na vertical
e a localização é na base da torre, um pouco acima da bacia de água fria.
Ventilador
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 58
Nas torres de contra corrente podem ser empregados distribuidores por
gravidade, ou de borrifo. Nota-se que, embora a distribuição por borrifos seja
mais eficiente que a por gravidade, tem a desvantagem de exigir maior
demanda de potência de bombeamento, devido à perda de carga nos bicos.
Nas torres de correntes cruzadas, a distribuição é feita pelas bacias de água
quente. A válvula serve para ajustar a vazão de água, distribuindo-a
igualmente entre as células.
Borrifador de água
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 59
A função do enchimento é promover o contato entre o ar e a água, facilitando a
transferência de massa e de calor. Dependendo do modo como é feito este
contato, os enchimentos são classificados como formadores de gotas
(respingamento) ou de película.
Entre os principais requisitos para um enchimento destacam-se:
1. Facilidade para instalação;
2. Boa eficiência na promoção do contato entre o ar e a água;
3. Baixa resistência ao fluxo de ar;
4. Durabilidade e resistência à água e às possíveis contaminações.
Enchimento 
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 60
Este tipo de enchimento, mais usado em torres de contra corrente, forma uma
película de água em sua superfície, aumentando a área de contato com o ar.
Atualmente, nas torres de contra corrente, são utilizados enchimentos tipo
colmeia, de alta eficiência e ocupando pouco espaço, permitindo construir
torres com menor altura total. Os enchimentos tipo colmeia, são bastante
compactos. Por este motivo, é importante terem uma configuração que evite o
acúmulo de depósitos, causadores de obstruções à passagem do ar e da
água.
Nas torres de correntes cruzadas, podem ser utilizados enchimentos de
película, formados por placas paralelas, lisas ou corrugadas, dispostas
verticalmente, na mesma direção que o fluxo de ar (tipo placas corrugadas) .
Enchimento de Película
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Enchimento de Película
Enchimento tipo colmeia Enchimento tipo placas
corrugadas
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 62
Neste tipo de enchimento, mais usado em torres de correntes cruzadas, a área
de contato se deve à formação de gotículas.
O formato em “L” dos perfis e os orifícios, aumentam a eficiência do
enchimento. Nota-se que, como este enchimento é apropriado para torres de
correntes cruzadas, o arranjo minimiza as perdas de carga do fluxo horizontal
de ar que o atravessa.
Enchimento de Respingamento
Enchimento tipo respingamento
em grade perfil rígido
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Enchimento de Respingamento
Enchimento tipo respingo em grade
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 64
Tanto nas torres de contra corrente quanto nas de correntes cruzadas, o fluxo
de ar que atravessa o enchimento arrasta água na forma de gotículas. Este
arraste, além de constituir uma perda adicional de água, carreia também uma
parcela dos produtos químicos utilizados no condicionamento da água
circulante. Tem ainda o inconveniente de causar uma chuva nas imediações
da torre. Para minimizar o arraste são utilizados, justapostos ao enchimento e
do lado da saída do ar, eliminares de gotas, que limitam estas perdas a
valores entre 0,001% e 0,1% da água circulante, sendo usual perdas em torno
de 0,05%.
Eliminadores de gotas
Eliminador de gota
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Capacidade de resfriamento
A capacidade de resfriamento de uma torre de arrefecimento é dada
pela equação
Onde:
ag é a densidade da água,
Qag é a vazão da água circulada pela torre
cp é o calor específico da água
Te é a temperatura de entrada da água na torre e
Ts é a temperatura de saída da água.
).(.. sepagagtorre TTcQP  
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Considere que uma torre de arrefecimento opere com uma vazão de 2000 litros de água por hora 
e que o diferencial de temperatura de sua entrada e saída seja de 7°C. 
Calcule qual a capacidade da torre de arrefecimento em TR.  (1TR = 3,517kW , cag=4,186 kJ/kg°C)
Qtorre = magua x  Cagua x     (Te – Ts)
magua = 2000 l/h = 0,553  kg/s
Qtorre = 0,553  x 4,18 x 7 = 16,18kW
Exemplo sobre Temperatura Orvalho Exemplo
Torre de Resfriamento - Capacidade
).(.. sepagagtorre TTcQP  
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Uma instalação com condensador evaporativo dispensa condensador normal. É uma
composição de um condensador e torre numa só peça.
É constituído por uma carcaça, serpentina de condensação, ventiladores, motor dos
ventiladores, bomba d’água e motor, distribuidor de água e borrifadores, bandeja de
água, torneira de bóia, abertura de entrada e saída de ar, entrada de gás quente,
receptor de refrigerante, saída de refrigerante líquido e dreno.
Obs. A capacidade do condensador
evaporativo é função da temperatura de
bulbo úmido do ambiente enquanto que a
capacidade de um condensador a ar é
função da temperatura de bulbo seco.
Condensadores Evaporativos
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 68
Economia de energia:
Condensadores Evaporativos oferecem economia de energia quando comparados com 
outros processos nas seguintes proporções:
Condensador x Resfriador a ar: 30% de economia;
Condensador x Torre de Resfriamento/trocador de calor: 15% de economia.
Condensadores Evaporativos
Princípio de funcionamento:
Fluído a ser resfriado (gás a ser condensado) circula 
internamente pela serpentina de troca térmica. A água circula 
pelo lado externo. O ar é aspirado em contra corrente 
resfriando a água por evaporação, que resfria os tubos.
Baixo custo de operação:
• custo de implantação de um condensador é menor do que 
outros tipos de equipamentos
• condensador evaporativo já incorpora bombas, tubos, 
válvulas e serpentinas de troca térmica.
• "É de fácil manutenção" pois a carcaça é de fiberglass
desmontável e de fácil acesso aos internos. 
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 69
Uma torre de resfriamento de uma central de potência resfria água líquida a 45°C. A torre é 
alimentada com ar a 19,5°C, =30% e 100kPa e na seção de descarga de mistura ar‐vapor d’água 
atemperatura é 25°C e a umidade relativa é igual a 70%. O líquido volta para o condensador da 
central a 30°C. Sabendo que a taxa de variação de entalpia da água líquida na torre é igual a 
1MW, determine a vazão em massa de ar seco na torre e a quantidade de água evaporada no 
equipamento.
Exemplo sobre Temperatura Orvalho Exemplo
Torre de Resfriamento
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 70
Um torre de resfriamento é utilizada para resfriar a água utilizada no condensador de uma central 
de potência de grande porte. Esse processo é similar ao processo de resfriamento evaporativo 
adiabático. Assim, uma parte da água será perdida para a atmosfera e deverá ser resposta (água 
de make‐up). Pela parte superior da torre entram 1000kg/s de água a 32°C (condensador) e a 
água resfriada deixa a torre pela parte inferior a 20°C. A mistura ar‐vapor d’água entra por baixo 
da torre a 100kPa com uma temperatura de bulbo seco igual a 18°C e bulbo úmido igual a 10°C. A 
mistura ar‐vapor deixa a torre a 95kPa, 30°C e =85%. Determine:
1. a vazão em massa de ar seco necessária
2. a parcela de água que evapora e é perdida
Exemplo sobre Temperatura Orvalho Exemplo
Ciclo de Refrigeração
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 71
Exemplo sobre Temperatura Orvalho Exemplo
Ciclo de Refrigeração
Este problema ilustra a vazão necessária a ar necessária para o projeto do ventilador da torre de 
Resfriamento e a bomba para a vazão de água de make‐up (consumo da torre + projeto da casa 
de bombas)
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 72
A Carta Psicrométrica para a Pressão Atmosférica
Padrão (Patm = 760 mmHg):
Sistemas Térmicos Prof. Carlos Catunda 73
Contato: 
(+5521) 99759-1661 
http://lattes.cnpq.br/9510794972870727
@carloscatunda
carlos.eduardo.catunda@gmail.com
Perguntas?
Colaboração dos Professores:
• Fernando A. França, FEM – Unicamp
• Pimenta, João; UNB.
• Ricardo de M. Carvalho – Unifei – Itajubá,
• Rigoberto Morales, CEFET-Paraná,