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CURSO DE
ENGENHARIA
Refrigeração, Ar
Condicionado e Ventilação
PROFESSOR 
EDSON ALMEIDA 
Unidade 1: Termodinâmica aplicada à 
refrigeração e ao condicionamento de ar
Convite ao estudo
PORQUE ESTUDAR SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO E 
CONDICIONAMENTO DE AR?
 conservar produtos;
 conservar medicamentos;
 conservar os alimentos;
 amenizar o desconforto térmico;
 determinados processos químicos necessitam de 
controle de temperatura;
Convite ao estudo
PORQUE ESTUDAR SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO E 
CONDICIONAMENTO DE AR?
O profissional de engenharia deve entender e compreender os 
conceitos termodinâmicos aplicados a sistemas de refrigeração, 
sistemas de bombas de calor, sistemas de condicionamento de ar, 
resolvendo problemas que podem ser encontrados na sua vida 
profissional.
Convite ao estudo
ENTÃO VAMOS IMAGINAR...
você foi contratado como engenheiro para trabalhar numa 
indústria de laticínios...
o leite é recebido dos produtores e armazenado sob refrigeração...
as vendas e demandas dos produtos fabricados têm aumentado...
as vendas e demandas dos produtos fabricados têm aumentado...
a equipe de engenheiros da qual você faz parte está estudando a 
possibilidade de implementar outra câmara de refrigeração...
Convite ao estudo
QUAIS AS COMPETÊNCIAS E HABILIDADES VC PRECISA 
TER PARA CONTRIBUIR COM A SUA EQUIPE? 
Convite ao estudo
QUAIS AS COMPETÊNCIAS E HABILIDADES VC PRECISA 
TER PARA CONTRIBUIR COM A SUA EQUIPE? 
Nesta unidade, você aprenderá sobre os ciclos de refrigeração e 
refrigerantes utilizados, também fará uso da psicrometria e de 
suas aplicações no condicionamento de ar, verá os processos que 
existem para o condicionamento de ar e, finalmente, verá as 
estimativas das cargas térmicas e a determinação de cargas 
térmicas de aquecimento e resfriamento.
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Não pode faltar
Sistemas de Refrigeração por Compressão de Vapor
O sistema de refrigeração à compressão de vapor se origina a 
partir do ciclo de refrigeração de Carnot.
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
O sistema de refrigeração à compressão de vapor se origina a 
partir do ciclo de refrigeração de Carnot.
Link1: https://www.youtube.com/watch?v=rzSKJBKKrS8
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
O sistema de refrigeração à compressão de vapor se origina a 
partir do ciclo de refrigeração de Carnot.
Link2: https://www.youtube.com/watch?v=VHrfwDax3GA
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
O sistema de refrigeração à compressão de vapor se origina a 
partir do ciclo de refrigeração de Carnot.
Link3: https://www.youtube.com/watch?v=e7UmUwuEZRc
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Na Figura 1.3 é mostrado um ciclo de refrigeração por compressão 
de vapor
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Na Figura 1.3 (a), você pode observar os quatro processos: 
compressão, condensação, expansão e evaporação.
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Em um diagrama T-s (Figura 1.3 (b))
1-2 - Compressão isentrópica do refrigerante do estado 1 (vapor 
saturado) ao estado 2s.
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Em um diagrama T-s (Figura 1.3 (b))
2-3 - Rejeição de calor à pressão constante, do refrigerante até o estado 3 
(líquido saturado), na temperatura Tc (temperatura do condensador).
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Em um diagrama T-s (Figura 1.3 (b))
3-4 - Estrangulamento ou expansão do refrigerante até o estado 4 (líquido-
vapor saturado) através de uma válvula de expansão ou tubo capilar.
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Em um diagrama T-s (Figura 1.3 (b))
4-1 - Transferência de calor à pressão e temperatura constante, para o 
refrigerante no evaporador até o estado 1, completando o ciclo na temperatura 
TE (temperatura do evaporador).
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Em um diagrama T-s (Figura 1.3 (b))
a entalpia antes e depois de passar pela válvula de expansão são iguais, ou 
seja:
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Em um diagrama T-s (Figura 1.3 (b))
Um ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor, como mostra a Figura 
1.3 (b), pode ser modelado termodinamicamente.
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
A capacidade frigorífica pode ser expressa em tonelada de 
refrigeração, TR, que é a capacidade de um sistema de 
refrigeração congelar uma tonelada de água líquida em 24 horas.
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
1 TR equivale a 200 Btu/min, ou 211 kJ/min. Você deve lembrar que 
h é a entalpia específica do refrigerante (ex.: kJ/kg) e m
a vazão mássica do refrigerante (ex.: kg/s).
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Considerando a ausência de transferência de calor a potência do 
compressor pode ser calculada por:
E A taxa de transferência de calor no condensador pode ser dada 
por:
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal de Carnot
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal de Carnot (exemplo)
Para um ciclo de refrigeração Carnot ideal que funciona com
refrigerante R134a, a pressão do evaporador P evap = 245 kPa e a
pressão do condensador P cond = 1160 kPa, determinar:
a) Esboço da instalação e diagramas Ts
b) Calor no condensador
c) Calor no evaporador
d) Trabalho de compressão
e) Trabalho de expansão
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal de Carnot (exemplo)
a) Esboço da instalação e diagramas Ts
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal de Carnot (exemplo)
b) Calor no condensador
qcd = h3 – h2
Pcd = 1160 kPa
Ponto 3 região de líquido sat.
Portanto para R134a na tabela:
h3 = 264 kJ/kg s3 = 1,2172 kJ/(kg.K)
h2 = 421 kJ/kg e s2 = 1,7079 kJ/(kg.K)
Portanto para R134a na tabela:
Ponto 2 região de vapor sat.
Então:
qcd = 264 - 421;
qcd = - 157 kJ/kg
O sinal negativo indica calor cedido
pela máquina;
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal de Carnot (exemplo)
c) Calor no evaporador
qev = h1 – h4
Pev = 245 kPa e s1 = s2 = 1,7079 kJ/(kg.K)
Ponto 1 região de mistura
Na tab. do R134a com os valores de P, h e s:
Interpolando temos que: h1 = 390 kJ/kg
Interpolando temos que: h4 = 258 kJ/kg
Na tab. do R134a com os valores de P, h e s:
Ponto 4 região de mistura com s4 =s3 = 1,2172 kJ/(kg.K)
Então:
qev = 390 - 258;
qev = 132 kJ/kg
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal de Carnot (exemplo)
d) Trabalho de compressão
wcp = -(h2 – h1)
Wcp = -(421 - 390) = -31 kJ/kg
d) Trabalho de expansão
wt = -(h4 – h3)
wt = -(258 - 264) = 6 kJ/kg
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal exemplo
Vamos lembrar que você está trabalhando numa
indústria de laticínios que está aumentando sua
capacidade de produção, e será necessário
implementar um sistema de refrigeração. A
equipe de engenheiros da qual você faz parte
sugere um sistema de refrigeração por
compressão de vapor e o seu líder pede para
você elaborar o projeto, determinando qual será
a potência do compressor e o coeficiente de
desempenho do sistema de refrigeração,
sabendo que a capacidade de refrigeração do
novo sistema de refrigeração será de 10
toneladas. Você precisa determinar o
refrigerante a ser utilizado e avaliar a influência
da variação da vazão mássica no sistema de
refrigeração.
Sabe-se que os produtos lácteos deverão estar
sob refrigeração a
5°C, portanto, sugere-se queo refrigerante saia
do evaporador a -15°C e seja comprimido até
1200 kPa, além disso, você sabe que o
refrigerante na saída do condensador deve estar
como líquido saturado, e vapor saturado na
entrada do compressor, e que a eficiência do
compressor deve ser de 80%. Para começar,
vamos lembrar o ciclo ideal de refrigeração por
compressão de vapor, ilustrado num diagrama
T-s, mostrado na Figura 1.8, que mostra as
etapas do ciclo de refrigeração.
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal exemplo
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal exemplo
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal exemplo
Cálculo da vazão mássica:
Já temos o valor de QE, portanto precisamos de
h1 e h4;
O refrigerante escolhido será o R134 a devido
ao seu bom desempenho;
h1 = 389 kJ/kg e s1 = 1,7354 kJ/(kg.K)
Portanto para R134a para P = 165 kPa na tabela:
Ponto 1 região de líquido sat.
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal exemplo
Cálculo da vazão mássica:
Já temos o valor de QE, portanto precisamos de
h1 e h4;
O refrigerante escolhido será o R134 a devido
ao seu bom desempenho;
h3 = 267 kJ/kg
Portanto para R134a na tabela usando interpolação para
P = 1200 kPa:
Ponto 3 região de vapor sat.
Sabe –se que h4 = h3, pois estão na mesma curva
de entalpia
h4 = 267 kJ/kg
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal exemplo
Cálculo da vazão mássica:
m
m
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal exemplo
Cálculo da potência do compressor:
Wc – 389)
Wc kW
Ponto 2s região de vapor super
aquecido.
Portanto para R134a na tabela usando interpolação para
P = 1200 kPa e s2 = s1 = 1,7352:
h2s = 430 kJ/kg
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Ciclo de refrigeração ideal exemplo
Cálculo do coeficiente de desempenho:
β β
Potência real do compressor:
Wrc
Wrc
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Fluidos Refrigerantes
Um fluido refrigerante, gás refrigerante ou
simplesmente um refrigerante é um produto
químico usado em um ciclo térmico em sistemas
de refrigeração e climatização que
reversivelmente passa por uma mudança de fase
de líquido a gás, absorvendo calor e resfriando
ambientes.
Existem algumas propriedades para um
refrigerante ser considerado bom para uso
comercial, entre elas: não ser tóxico, ter um
baixo ponto de ebulição, ter um calor latente
alto, ser fácil de se liquefazer em temperatura e
pressão moderadas, não ser corrosivo para
metais, não ser afetado pela umidade e se
misturar bem com óleo.
Links:
1) https://www.youtube.com/watch?v=DH7JrcZclZE
2) https://www.youtube.com/watch?v=U6yVhz-zi3g
3) https://www.youtube.com/watch?v=NObdbfqoipE
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Refrigeração por Absorção
Os sistemas de refrigeração por absorção de
vapores são ciclos de refrigeração operados a
calor, em que um fluido secundário ou absorvente
na fase líquida é responsável por absorver o
fluido primário ou refrigerante, na forma de
vapor.
Os sistemas de refrigeração por absorção são
mais caros que os sistemas de refrigeração por
compressão de vapor, exigem espaço maior, pois
requerem torres de resfriamento maiores, e são
menos eficientes. No entanto, seu uso pode ser
indicado quando a energia térmica utilizada for
mais barata que a energia elétrica.
Links:
1) https://www.youtube.com/watch?v=Fen7uUnN0aA
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Refrigeração por Adsorção
Ela é similar à refrigeração por absorção, porém,
ao invés de usar um líquido, é usado um sólido
como adsorvente.
Links:
1) https://www.youtube.com/watch?v=O01wUWPw3qo
Esse sistema está baseado na adsorção do gás
refrigerante que sai do evaporador por um sólido
(adsorvente), e, após o aumento da temperatura
e pressão, o refrigerante alcança o ponto crítico
de condensação, voltando ao seu estado líquido
no condensador.
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Sistemas de Bombas de Calor
O sistema de bombas de calor tem a
finalidade de fornecer calor para
aquecimento, ao invés de extrair
calor de um meio, como o sistema de
refrigeração.
Links: https://www.youtube.com/watch?v=hOp3QUJTxRE
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Sistemas de Bombas de Calor
o coeficiente de desempenho para
uma bomba de calor por compressão
de vapor é dado por:
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Exemplo:
Considere uma bomba de calor que fornece calor a uma casa para
manter a temperatura a 25°C. Refrigerante 134a no estado de vapor
saturado entra no compressor a -5°C e sai a 50°C e 10 bar. No
condensador, o refrigerante entra a 10 bar, saindo como líquido
saturado. Qual será a potência do compressor e o coeficiente de
desempenho se a vazão do refrigerante é de 0,15 kg/s?
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Exemplo:
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
De acordo com o enunciado na entrada do compressor (ponto 1) temos:
estado de vapor saturado a -5°C. Pela tabela do R134 a encontramos h1:
Portanto h1 = 395kJ/kg
Na saída do compressor (ponto 2) temos: 50°C e 10 bar
Para esses valores o vapor é super aquecido, e pela tabela encontramos h2:
Portanto h2 = 431,24kJ/kg
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Exemplo:
Wc – 395)
Wc 5,44 kW
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
Calor no condensador:
Portanto h3 = 255,08kJ/kg
Fazendo a interpolação temos:
Qc = m(h3 – h2) Na saída do condensador (ponto 3) temos P =
10 bar e uma região de liq saturado. Pela
tabela temos:
Qc = 0,15(431,24 – 255,08)
Qc = 26,42 kW
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
o coeficiente de desempenho para
uma bomba de calor por compressão
de vapor é dado por:
γ
γ 5
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
O ciclo de refrigeração de Brayton
Este sistema de refrigeração tem várias aplicações, pois atinge 
temperaturas baixas. Uma aplicação é na liquefação de ar e outras 
aplicações para o resfriamento de gases. O ciclo de refrigeração de 
Brayton é um sistema de refrigeração a gás representado na Figura 
1.7 (a). O ar pode ser considerado o refrigerante.
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
O ciclo de refrigeração de Brayton
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
O ciclo de refrigeração de Brayton (exemplo)
Considere ar ingressando num compressor de um ciclo de 
refrigeração Brayton ideal a uma pressão de 102 kPa e 300 K 
(26,9 °C ). A razão de pressão do compressor é 2,75. A 
temperatura que sai do trocador de calor e entra na turbina é 
de 340 K (66,9 °C ). Qual será o trabalho de acionamento por 
unidade de massa (kJ/kg)?
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
O ciclo de refrigeração de Brayton (exemplo)
Sabe-se que o ar na entrada do compressor (estado 1) está a 300 K e, 
nessa temperatura, segundo a Tabela, a entalpia específica é: 
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
O ciclo de refrigeração de Brayton (exemplo)
h1 = 300,47 kJ/kg Pr1 = 1,1146
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
O ciclo de refrigeração de Brayton (exemplo)
A razão de pressão no compressor é de 2,75
Então: P2r = 2,75 * P1r = 2,75* 1,1146
Então: P2r = 3,0651
De acordo com a tabela do ar:
h2s = 401,30 kJ/kg 
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
O ciclo de refrigeração de Brayton (exemplo)
Na saída do trocador de calor T = 340 K
Na tabela:
Então: h4s = 254,57 kJ/kg
h3 = 340,7 kJ/kg e P3r = 1,7281
Podemos usar a razão de compressão para a 
expansão na turbina, portanto:
Na tabela interpolando:
P4r = 1,7281 / 2,75 = 0,6284
Seção 1.1:Sistemas de refrigeração e bombas 
de calor
O ciclo de refrigeração de Brayton (exemplo)
Substituindo temos :
(401,30 - 300,47) – (340,70 – 254,57)14,7 kJ/kg