Apostila refrigeracao domestica

REFRIGERAÇÃO
CURSO PARA MECÂNICO NÍVEL “A”
CURSO DE REFRIGERAÇÃO
MECÂNICO NÍVEL “A” -
REFRIGERADOR - FREEZER -
CONDICIONADOR DOMÉSTICO
MANUTENÇÃO E CONSERTO
Rev. 02/2002
Curso: MECÂNICO DE REFRIGERAÇÃO – NÍVEL “A”
Refrigeração e Ar-Condicionado domésticos
Professores: PEDRO DO NASCIMENTO MELO
JUCIMAR DE SOUZA LIMA
Página 1 Fone - 55 0xx85 9982-5275; e-mail: penmelo@cefetce.br ou jucimar@cefetce.br

REFRIGERAÇÃO
ÍNDICE
ÍNDICE .............................................................................................................................................................................. 2
INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................................. 7
Refrigeração ....................................................................................................................................................................... 7
Ar-condicionado................................................................................................................................................................. 7
OBJETIVO DO CURSO.................................................................................................................................................... 7
CONCEITOS E DEFINIÇÕES.......................................................................................................................................... 8
Mecânica ............................................................................................................................................................................ 8
• Massa......................................................................................................................................................................... 8
• Meio........................................................................................................................................................................... 8
• Força .......................................................................................................................................................................... 8
• Área............................................................................................................................................................................ 8
• Volume ...................................................................................................................................................................... 9
• Pressão ....................................................................................................................................................................... 9
• Vácuo....................................................................................................................................................................... 10
Calorimetria...................................................................................................................................................................... 10
• Temperatura............................................................................................................................................................. 10
• Estados físicos da matéria - fases............................................................................................................................. 10
» Sólido ................................................................................................................................................................. 11
» Líquido............................................................................................................................................................... 11
» Gasoso................................................................................................................................................................ 11
• Mudança de estado físico......................................................................................................................................... 11
» Solidificação....................................................................................................................................................... 11
» Fusão.................................................................................................................................................................. 11
» Condensação ...................................................................................................................................................... 11
» Vaporização ....................................................................................................................................................... 11
» Sublimação......................................................................................................................................................... 11
» Sublimação (cristalização) ................................................................................................................................. 12
• Energia..................................................................................................................................................................... 12
• Calor ........................................................................................................................................................................ 12
» Calor total........................................................................................................................................................... 12
» Calor latente ....................................................................................................................................................... 12
» Calor sensível..................................................................................................................................................... 12
• Equação fundamental da calorimetria...................................................................................................................... 12
• Transmissão de calor................................................................................................................................................ 13
» Condução Térmica ............................................................................................................................................. 13
» Convecção Térmica............................................................................................................................................ 13
» Irradiação Térmica ............................................................................................................................................. 14
» Troca Direta ....................................................................................................................................................... 14
» Troca Indireta..................................................................................................................................................... 14
» Expansão Direta ................................................................................................................................................. 14
» Expansão Indireta............................................................................................................................................... 14
• Trocador de calor..................................................................................................................................................... 14
• Potência frigorífica................................................................................................................................................... 14
• Carga Térmica.......................................................................................................................................................... 15
• Saturação.................................................................................................................................................................. 15
» Superaquecimento.............................................................................................................................................. 15
» Sub-resfriamento................................................................................................................................................ 15
Termodinâmica................................................................................................................................................................. 16
• Trabalho nos gases................................................................................................................................................... 16
• Energia interna......................................................................................................................................................... 17
• 1ª Lei da Termodinâmica......................................................................................................................................... 17
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REFRIGERAÇÃO
» Transformação Isobárica.....................................................................................................................................17
» Transformação Isocórica (Isométrica) ................................................................................................................18
» Transformação Isotérmica...................................................................................................................................18
» Transformação adiabática ...................................................................................................................................18
» Transformação cíclica.........................................................................................................................................19
• 2ª Lei da Termodinâmica..........................................................................................................................................19
Eletricidade .......................................................................................................................................................................19
• Corrente elétrica .......................................................................................................................................................19
• Tensão.......................................................................................................................................................................20
• Resistência elétrica ...................................................................................................................................................20
• Sistemas elétricos .....................................................................................................................................................20
» Sistema monofásico (2 fios)................................................................................................................................20
» Sistema bifásico (3 fios)......................................................................................................................................20
» Sistema trifásico (4 fios) .....................................................................................................................................20
• Motores elétricos ......................................................................................................................................................20
• Temperatura de bulbo seco(TBS).............................................................................................................................21
• Temperatura de bulbo úmido(TBU) .........................................................................................................................21
• Umidade relativa(UR) ..............................................................................................................................................21
• Temperatura de ponto de orvalho(TPO)...................................................................................................................21
• Entalpia (h) ...............................................................................................................................................................21
Instrumentos......................................................................................................................................................................23
• Manômetro ...............................................................................................................................................................23
• Amperímetro.............................................................................................................................................................24
• Reguladores de pressão.............................................................................................................................................24
• Voltímetro.................................................................................................................................................................24
• Ohmímetro................................................................................................................................................................24
• Multímetro................................................................................................................................................................24
• Megôhmetro..............................................................................................................................................................24
• Vacuômetro ..............................................................................................................................................................24
• Capacímetro..............................................................................................................................................................24
• Anemômetro.............................................................................................................................................................24
• Termômetro ..............................................................................................................................................................25
• Tacômetro.................................................................................................................................................................25
• Chave de Teste Néon................................................................................................................................................25
• Lâmpada-série ..........................................................................................................................................................25
REFRIGERAÇÃO............................................................................................................................................................27
Ciclo básico teórico...........................................................................................................................................................27
• Compressor...............................................................................................................................................................27
• Condensador.............................................................................................................................................................28
• Válvula de expansão.................................................................................................................................................28
• Evaporador ...............................................................................................................................................................28
• Descrição do ciclo ....................................................................................................................................................28
Ciclo básico real................................................................................................................................................................29
• Processo de compressão ...........................................................................................................................................29
• Processo de condensação..........................................................................................................................................29
• Processo de expansão ...............................................................................................................................................29
• Processo de evaporação............................................................................................................................................30
COMPONENTE DO CIRCUITO DE REGRIFERAÇÃO...............................................................................................30
Compressor .......................................................................................................................................................................30
• Conceito....................................................................................................................................................................31
• Classificação.............................................................................................................................................................31
• Funcionamento .........................................................................................................................................................31
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REFRIGERAÇÃO
» Compressor alternativo ...................................................................................................................................... 31
» Compressor rotativo........................................................................................................................................... 32
» Compressor centrífugo....................................................................................................................................... 32
» Compressor de parafuso..................................................................................................................................... 32
» Compressor hermético........................................................................................................................................ 32
» Compressor semi-hermético............................................................................................................................... 32
» Compressor aberto ............................................................................................................................................. 33
Trocadores de calor – Condensador e Evaporador........................................................................................................... 33
• Conceito................................................................................................................................................................... 33
• Condensador ............................................................................................................................................................ 33
» Condensadores resfriados a ar............................................................................................................................ 34
• Evaporador............................................................................................................................................................... 34
Dispositivos de expansão ................................................................................................................................................. 36
» Restritores .......................................................................................................................................................... 36
» Tubos capilares................................................................................................................................................... 37
» Válvulas de expansão termostáticas................................................................................................................... 37
DIAGNÓSTICO DE DEFEITOS..................................................................................................................................... 38
Compressor ...................................................................................................................................................................... 38
» Identificação dos bornes do compressor............................................................................................................. 39
» Teste de Isolação ............................................................................................................................................... 40
» Compressor não comprime................................................................................................................................. 41
» Compressor não parte......................................................................................................................................... 41
» Compressor arranca e apresenta alta corrente (amperagem) .............................................................................. 42
» Outras considerações.......................................................................................................................................... 43
CONDICIONADORES DE AR DOMÉSTICO............................................................................................................... 44
Conceito ........................................................................................................................................................................... 44
Gabinete ........................................................................................................................................................................... 44
• Conceito................................................................................................................................................................... 44
Estrutura ou chassi ........................................................................................................................................................... 45
• Conceito................................................................................................................................................................... 45
Sistema de ventilação....................................................................................................................................................... 46
• Conceito................................................................................................................................................................... 46
Sistema elétrico ................................................................................................................................................................ 47
• Conceito................................................................................................................................................................... 47
» Rabicho .............................................................................................................................................................. 48
» Chave seletora ou de operação........................................................................................................................... 48
» Termostato ......................................................................................................................................................... 49
» Capacitor............................................................................................................................................................ 50
» Timer.................................................................................................................................................................. 51
» Protetor térmico.................................................................................................................................................. 51
» Relé voltimétrico................................................................................................................................................ 52
» Motor do ventilador............................................................................................................................................ 52
» Motor do air-cycle.............................................................................................................................................. 53
» Teste da chave do air-cycle................................................................................................................................ 53
» Válvula reversora ............................................................................................................................................... 53
» Testar a bobina na própria válvula ..................................................................................................................... 53
» Teste da válvula.................................................................................................................................................. 53
Sistema de refrigeração .................................................................................................................................................... 54
• Instrumentos básicos para diagnóstico..................................................................................................................... 54
» Válvula Perfuradora ........................................................................................................................................... 54
» Pressões.............................................................................................................................................................. 54
Principais defeitos e suas possíveis causas - Aparelhos Condicionadores de Ar ............................................................. 55
• MANUTENÇÃO DOS CONDICIONADORES DE AR ........................................................................................ 56
Gabinete ........................................................................................................................................................................... 57
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REFRIGERAÇÃO
Estrutura............................................................................................................................................................................57
Sistema de ventilação........................................................................................................................................................58
CONSERTOS ...................................................................................................................................................................58
• Processamento do sistema ........................................................................................................................................58
• Desmontagem do sistema .........................................................................................................................................59
• Lavagem dos componentes.......................................................................................................................................59
• Processo de vácuo.....................................................................................................................................................60
• Operação de vácuo....................................................................................................................................................60
Teste de vazamento do sistema.........................................................................................................................................60
• Processo de carga de gás com o aparelho desligado.................................................................................................60
• Teste de funcionamento............................................................................................................................................61
• Controle de qualidade...............................................................................................................................................61
Recomendações gerais sobre a instalação de aparelhos de ar condicionado.....................................................................61
Refrigerador (geladeira)....................................................................................................................................................62
FLUIDOS REFRIGERANTES.........................................................................................................................................63
Controle de Qualidade ......................................................................................................................................................64
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
FUNDAMENTOS
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
INTRODUÇÃO
De há muito, o mercado consumidor de refrigeradores, freezers e ares-condicionados
domésticos no Estado do Ceará, se ressente pela falta de bons profissionais que possam atender aos
consumidores e/ou usuários desses equipamentos domésticos que equipam muitos dos escritórios
comerciais, médico-odontológicos, escolas, indústrias, e quase todos os segmentos da sociedade,
inclusive residências.
Profissionais que, utilizando-se somente de técnicas apropriadas, interfeririam no aparelho
para executar a manutenção preventiva, ou consertos e reparos.
Manutenção feita de forma segura, íntegra, com baixo consumo de material e ferramental
adequado visando à integridade física da máquina, de terceiros e de si próprio como profissional.
A substituição de peças feita apenas quando último recurso.
Tudo isso propiciando um serviço eficaz, honesto, rápido, limpo e barato.
Refrigeração
A população emprega sem o propósito mais técnico o termo refrigeração para indicar a
perda de calor, todavia, para aqueles que se ensejam para essa atividade tecnológica, o significado
deve ganhar uma dimensão mais real.
A refrigeração é, normalmente, conseguida com auxilio de equipamento que remove calor
dos corpos, quaisquer que sejam seus estados físicos, com o propósito de baixa sua temperatura e ou
mantê-los em temperatura mais baixa que o ambiente externo ao equipamento onde se encontram.
Neste sentido, abre-se um campo muito grande de aplicações, como por exemplo:
conservação de alimentos, fabricação de bebidas, conservação de corpos de seres vivos,
conservação de corpos orgânicos e inorgânicos, fabricação de tecidos, sapatos, computadores,
dentre outros.
Ar-condicionado
Preferimos destacar o ar-condicionado neste item para informar que é uma aplicação de
refrigeração, cujo campo de utilização é muito grande, e no nosso curso trataremos dos conceitos
básicos e das máquinas de uso doméstico.
Da manutenção adequada e criteriosa depende a conservação das condições de
funcionamento das máquinas e conseqüentemente, a qualidade do ar interno com reflexos diretos na
qualidade de vida das pessoas usuárias dos ambientes condicionados.
OBJETIVO DO CURSO
Durante o transcurso do treinamento profissional para a formação de Mecânico de
Refrigeração - Nível A, serão desenvolvidos o programa de embasamento teórico, e prática de
oficina, que resultará, como certo, na qualificação adequada do Mecânico de Refrigeração para
trabalhar em refrigeradores domésticos, freezers e condicionadores de ar domésticos (janeleiro).
Ao final do Curso, o aluno será capaz de não somente trabalhar no mercado formal em
empresas já estabelecidas, como também poderá abrir seu próprio negócio, se para tal receber apoio
financeiro de Instituições governamentais que promovem o desenvolvimento do Estado.
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
Este treinamento tem como meta, também, tornar a relação do homem com os tipos de
máquinas já descritas de tal forma estreita, que ele sinta-se realizado profissionalmente com esta
nova oportunidade.
Para bem cumprir os objetivos sociais, as entidades promotoras e financiadoras do
Treinamento deverão efetivar um processo de seleção justo que pese a aptidão do indivíduo e sua
relação social com a comunidade, para que o investimento financeiro e social surta o efeito
esperado.
Consoante filosofia desenvolvimentista vivenciada no Estado do Ceará, mister se faz
melhorar o nível dos profissionais que militam pela refrigeração, porque a sociedade está sob esta
ótica, completamente desassistida, e, considere-se que as empresas do ramo não têm alternativas
para melhoria de sua qualidade senão pela qualificação da mão-de-obra.
CONCEITOS E DEFINIÇÕES
É necessário que se faça um mostruário de termos e se dê o significado de algumas palavras
utilizadas na refrigeração doméstica e no condicionamento de ar.
Mecânica
Parte da Física que estuda as relações das forças e seus equilíbrios, é a mecânica, por isso
trataremos dos conceitos que mais utilizaremos nos trabalhos de refrigeração.
O leitor irá encontrar alguns termos que não são propriamente da mecânica, mas foi o local
mais adequado que encontramos para alocá-los sem criar novos itens de descrição.
•Massa
É a própria matéria, o corpo ou substância. Tudo que está sujeita à ação da gravidade.
•Meio
Para a nossa necessidade o meio é a matéria, o corpo ou substância a qual se quer aquecer ou
resfriar. Pode ser o ar, a água ou outro qualquer.
•Força
É a ação que tem tendência de movimentar um corpo (massa), cessar seu movimento, mudá-
lo de direção ou ainda, mudá-lo de forma. A unidade mais freqüente é o quilograma-força (kgf) ou a
libra-força (lbf). Matematicamente, a grandeza de uma força é proporcional à massa do corpo e à
velocidade que ela produz no deslocamento do ponto de sua aplicação: F = m . a, onde F é a
grandeza da força; m a massa deslocada e a, a aceleração provocada.
•Área
É a medida total de uma superfície. Quando se deseja a área de uma sala, basta multiplicar o
seu comprimento pela sua largura, o resultado é a medida dela. O conhecimento disto é muito útil
para os trabalhos de refrigeração, haja vista que posteriormente trabalharemos com o conceito de
pressão.
Exemplo 1: Uma sala com 5m de comprimento e 3 m de largura tem 15 m2
de área. (5 m x 3
m = 15 m2
).
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
Exemplo 2: O tampo de uma mesa com 50 pol de comprimento e 10 pol de largura tem uma
área de 500 pol2
(50 pol x 10 pol = 500 pol2
).
•Volume
É o produto de três dimensões: comprimento x largura x altura, ou ainda, o produto da área
pela altura. No exemplo “1”, anterior, se considerarmos a altura da sala igual a 3 m, o seu volume
será: V = 5 m x 3 m x 3 m = 45 m3
, ou V = 15 m2
x 3m = 45 m3
.
•Pressão
O conceito de pressão mais simples está associado ao que vamos dizer agora. Imagine um
homem de peso igual a 70 kg em pé sobre uma cerâmica medindo 10 cm por 10 cm (100 cm² = 10
cm x 10 cm), embaixo da cerâmica há areia, então a areia está suportando uma pressão de 0,7 kg /
cm² (70 kg ÷ 100 cm²), ou seja, por cada centímetro quadrado que possui a cerâmica, há 0,7 kg de
peso do homem sobre a areia. Assim podemos dizer que a pressão é a distribuição uniforme de uma
força e
F
m uma área determinada. Portanto se calcula a Pressão pela seguinte fórmula: p =
A
.
Em refrigeração isto é muito útil porque o gás refrigerante quando preso nos cilindros
mesmo nos circuitos de refrigeração exerce uma força sobre as paredes das tubulações e dos
cilindros que
ou
das par
2
libras p
a
polegad
gada de mercúrio). A pressão atmosférica
ao níve
anças.
essão de solidificação, Pressão de fusão, Pressão de
vaporização, Pressão de sublimação.
AT C RSÃO
Psi
a g
a al
se traduzem em uma pressão, considerando que a força é exercida sobre a área interna
edes.
Pode-se ver na própria natureza que todos os corpos estão submetidos à pressão atmosférica
que é a pressão que o ar atmosférico exerce sobre os corpos na superfície terrestre. Ao nível do mar,
a pressão atmosférica corresponde a 1 atm ou 1,033 kg/cm ou a 14,7 psi (Pound for square inch =
or polegada quadrada).
É comum se utilizar como unidade de pressão o kg/cm² (quilograma por centímetro
quadrado) e a psi (libra por polegada quadrada). Uma libra equivale a 0,454 kg ou 454 g e um
a equivale a 2,54 cm, e, 1 kg / cm² = 14,2 psi.
Quando se trata de vácuo a unidade passa a ser o mmHg (milímetro de mercúrio) e seu
submúltiplo µHg (mícron de mercúrio) ou a polHg (pole
l do mar equivale a 760 mmHg ou 29,92 polHg.
Às pressões nas quais ocorrem as mudanças de fases dão-se os nomes daquelas mud
Exemplo: Pressão de condensação, Pr
F ORES DE ONVE
po
(60°F)
l de águ po
(32°)
l de H
atmosfer
mmHg
(32°)
bar kgf/cm² Pasc
1 27,708 2,0360 0,068046 51,715 0,068948 0,07030696 6894,8
0,036091 1 0,073483 -3 -3
2,4559x10 1,8665 2,4884x10 2,537x10-3
248,84
0,491154 13,609 1 0,033421 25,400 0,033864 0,034532 3386,4
14,6960 407,19 29,921 1 760,00 1,01325* 1,03323 1,01325x105
*
0,0193368 10-3 -3 -3
0,53578 0,03937 1,31579x 1 1,3332x10 1,3595x10 133,32
14,5038 401,86 29,53 0,98692 750,062 1 1,01972* 105
*
14,223 394,1 28,959 0,96784 735,559 0,980665* 0665x104
*1 9,8
1,45038 7,50x10-3
10-5
* 1,01972x10-5
* 1x10-4
4,0186x10-3
2,953x10-4
9,8692x10-6
Extraído de ASHRAE (*) valores exato
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REFRIGERAÇÃO
•Vácuo
Este termo é utilizado para explicitar a ausência parcial ou total (vácuo absoluto) de matér
isto é, define o valor da pressão, abaixo da pressão atmosférica. Portanto, quando espec
ia,
ificamos
vácuo em um sistema fechado, estamos nos referindo a um valor negativo de pressão.
so específico, esta área estuda as
circunstâncias da transmissão de calor e tudo que for pertinente.
ressão térmica, e uma baixa temperatura indica um baixo grau de
agitaçã
ar
- 25 ºC
tivos). Isto é muito importante e necessário que o mecânico de refrigeração
compre
e solidificação, Temperatura de
fusão, T
ômetro, e normalmente se
trabalh
ara se converter uma temperatura em outra basta utilizar as equações:
e
0 ºF ºC = 5 ÷ 9 x (50 ºF - 32) => ºC = 5 ÷ 9 x 18 => ºC = 5 x 18 ÷ 9 => ºC = 10
40°C, para °F.
) 41°F, para °C; 104°F, para °C; - 4°F, para °C; - 40°F, para °C.
0ºF
) 5°C; 40°C; -20°C; -40°C
comuns como a matéria se apresenta
dependendo da temperatura e da pressão onde se encontra.
Calorimetria
Aqui, também, verifica-se uma divisão da Física. Neste ca
•Temperatura
É o grau de agitação térmica das moléculas de um corpo. Uma elevada temperatura indica
um alto grau de agitação ou de p
o ou de pressão térmica.
Os termos quente e frio são relativos, um ao outro, e só poderão existir em comparação,
portanto, quando um corpo está quente é porque temos outro de menor temperatura para compar
com ele e dizermos que este está frio. Pelo dito, é correto afirmar que um corpo que está a uma
temperatura de - 20 ºC (20 graus negativos) está quente se comparado com outro que está a
(25 graus nega
enda.
Às temperaturas nas quais ocorrem as mudanças de fases dão-se os nomes daquelas
mudanças. Exemplo: Temperatura de condensação, Temperatura d
emperatura de vaporização, Temperatura de sublimação.
O instrumento que se utiliza para medir a temperatura é o term
a com a escala Celsius (°C) ou centígrada e a Fahrenheit (ºF).
P
ºF = 9 ÷ 5 ºC + 32.°C = 5 ÷ 9 (ºF -32)
Exemplos:
50 ºC ºF = 9 ÷ 5 x 50 ºC + 32 => ºF = 1,8 x 50 + 32 => ºF = 90 + 32 => ºF = 122
5
EXERCÍCIOS
Transformar: 1) 30°C, para °F; 5°C, para °F; 100°C, para °F; 0°C, para °F; -
2
GABARITO
1) 86ºF; 41ºF; 212ºF; 32ºF; -4
2
•Estados físicos da matéria - fases
Sólido, Líquido e Gasoso (vapor) são as formas mais
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REFRIGERAÇÃO
» Sólido
É o estado de agregação da matéria onde as moléculas estão mais fortemente atraídas umas
pelas outras. Isto é, as forças de coesão entre as moléculas são as maiores. Possui volume e forma
bem de nidos.
estado
sólido. Neste estado, a matéria não possui forma definida, mas possui volume definido.
e de
ção às moléculas. Neste estado, a matéria não apresenta nem forma e nem volume
definidos.
ico é a passagem de uma fase para outra, e depende exclusivamente
da temperatura e da pressão.
mada de temperatura de solidificação, e a pressão correspondente, de pressão de
solidificação.
se
funde é chamada de temperatura de fusão, e a pressão correspondente, de pressão de fusão.
da de temperatura de condensação, e a pressão correspondente, de
pressão de condensação.
fi
» Líquido
No estado líquido, as forças de coesão entre as moléculas são menores do que no
» Gasoso
É o estado de agregação da matéria onde as forças de coesão entre as moléculas são
extremamente fracas, muito menores que no estado líquido, e isto permite uma grande liberdad
movimenta
•Mudança de estado físico
A mudança de estado fís
» Solidificação
É a passagem do estado líquido para o estado sólido. A temperatura na qual a matéria se
solidifica é cha
» Fusão
É a passagem do estado sólido para o estado líquido. A temperatura na qual a matéria
» Condensação
É a passagem do estado gasoso (vapor) para o estado líquido. A temperatura na qual a
matéria condensa é chama
» Vaporização
É a passagem do estado líquido para o estado vapor. Existem duas formas de vaporização: a
evaporação e a ebulição. A evaporação é a passagem lenta do estado líquido para o de vapor, que se
efetua exclusivamente na superfície livre do líquido, com absorção de calor. Ebulição é a passagem
tumultuosa do estado líquido para o de vapor, mediante criação de bolhas originada pela convecção
rápida, e estar relacionada com a pressão de saturação. A temperatura na qual a matéria vaporiza é
chamada de temperatura de vaporização, e a pressão correspondente, de pressão de vaporização.
a
é cham a de temperatura de sublimação, e a pressão correspondente, de pressão de sublimação.
» Sublimação
É a passagem do estado sólido para o estado vapor. A temperatura na qual a matéria sublim
ad
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REFRIGERAÇÃO
» Sublimação (cristalização)
É a passagem do estado vapor para o estado sólido.
azões históricas,
em refrigeração utiliza-se mais freqüentemente da caloria (cal). 1 cal = 4,186 J.
cia
entre os dois. Poderá ser entre duas
regiões
o “meio” recebe calor, diz que se aqueceu, e inversamente, quando cede calor, diz
que se
odo, pelo conceito acima, quando uma substância (meio) se aquece, a outra se
resfria,
(quiloc
quantidade necessária de calor para mudar a temperatura de 1 kg de água de 1
grau Ce
ntidade necessária de calor para mudar a temperatura de 1 libra de água de
1 grau fahrenheit (1º F).
l de calor que a substância recebe ou cede, durante a transformação,
mudando ou não de fase.
mantendo-se a temperatura constante, e é a parcela de calor que faz a substância mudar de fase.
que a substância recebe ou cede, durante a transformação, que a faz
variar somente a temperatura.
a
ncia e a sua variação de
temperatura, sendo que este valor é determinado pela seguinte equação:
•Energia
Em sua expressão mais simples, energia é capacidade de realizar trabalho. Ela pode existir
sob diversas formas, tais como a energia elétrica, a energia mecânica, a energia térmica (calor), a
energia química, etc., e pode ser transformada de uma forma para outra, porém não pode ser criada
nem destruída. A unidade em que é medida a energia é o Joule (J), embora, por r
•Calor
Pode-se definir o calor como sendo a energia térmica em trânsito de um corpo ou substân
para outro como resultado de uma diferença de temperatura
de um mesmo corpo com diferentes temperaturas.
Quando
esfriou.
De qualquer m
e vice-versa.
Para medir o calor utiliza-se comumente, em refrigeração, três unidades a kcal
aloria), o kJ (quilojoule), e o BTU (British Thermal Unit ou Unidade Térmica Britânica).
Uma kcal é a
lsius (1º C).
Um kJ equivale a 0,23889 kcal.
Uma BTU é a qua
» Calor total
É a quantidade tota
Calor total = calor latente + calor sensível
1 kJ = 0,23889 kcal1 kcal ≅ 4 BTU
» Calor latente
É a quantidade de calor que a substância recebe ou cede, durante a transformação,
» Calor sensível
É a quantidade de calor
•Equação fundamental da calorimetria
A quantidade de energia térmica recebida ou cedida por uma substância é medida através d
“Quantidade de Calor”, que é diretamente proporcional à massa da substâ
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
Onde:
ância (cal/g°C)
= temperatura inicial (°C)
lor específico da água igual a 1 cal/g. °C,
determ e a quantidade de calor recebida pela mesma.
o de ebulição, 1 litro
de água, que está inicialmente a uma temperatura de 30°C. (c =1 cal/g. °C).
ade de calor necessário para resfriar 1 m3
de água, de 90°C para 5°C?
=1 cal/g. °C)?
quantidade de calor fornecida à placa foi de 1,1 kcal. Determine o calor específico do
alumínio.
93.076J
u 340.000BTU ou 355.878kJ
4. 0,22cal/g.°C
calor, e estes estão presentes na
refriger
troca de calor pode ser classificada como DIRETA e INDIRETA.
.
o se deseja manter alguma coisa a uma temperatura maior ou
menor que a temperatura ambiente.
matéria e, portanto, esse é um fenômeno que só pode ocorrer nos líquidos e nos gases. Esse conceito
Q = quantidade de calor (cal)
m = massa da substância (g)
c = calor específico da subst
Tf = temperatura final (°C)
Q = m . c. (Tf – Ti)
Observação: 1.000 cal = 1 kcal
Ti
EXERCÍCIOS:
01. Um recipiente contém 200g de água à temperatura de 20°C. O conjunto é então
aquecido, até atingir a temperatura de 70°C. Sendo o ca
in
02. Determine a quantidade de calor necessário para elevar até o pont
03. Qual a quantid
(c
04. Uma placa de alumínio pesando 500g é aquecida e sofre um acréscimo de temperatura
de 10°C. A
GABARITO:
01. 10.000cal ou 10kcal ou 40BTU ou ainda, 41.868J
02. 70.000cal ou 70kcal ou 280BTU ou ainda, 2
03. 85.000 kcal o
0
•Transmissão de calor
São três os processos fundamentais de transmissão de
ação: CONDUÇÃO, CONVECÇÃO e RADIAÇÃO.
A
» Condução Térmica
É o processo de propagação da energia térmica através da agitação molecular de um corpo
Isto é muito importante para se conhecer a diferença entre um material bom ou mau condutor de
calor ou isolante térmico, uma vez que os isolantes térmicos são largamente aplicados nos diversos
equipamentos de refrigeração, quand
» Convecção Térmica
Consiste no transporte de energia térmica, de uma região para outra, através do transporte de
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
é importante para se perceber, por exemplo, o por quê do congelador de uma geladeira ser colocado
na parte superior da mesma.
» Irradiação Térmica
Esse fenômeno efetua-se através das ondas eletromagnéticas que se propagam no meio em
que vivemos. Dessa forma, é que o calor do sol chega até a terra, uma vez que a ausência de matéria
em algum ponto entre ambos (gravidade zero), impossibilita a existência dos outros dois processos.
» Troca Direta
É assim chamada quando a troca de calor é feita entre duas substâncias sem a interveniência
de outra, isto é, o calor de uma se transmite diretamente para a outra. Exemplo: a mistura de
substâncias com temperaturas diferentes (café e leite).
» Troca Indireta
Diz-se quando a troca de calor é feita entre duas substâncias com a interveniência de outra,
isto é, o calor de uma se transmite para a outra através de uma parede, geralmente metálica ou boa
condutora de calor. Exemplo: o aquecimento do refrigerante nos evaporadores dos refrigeradores.
OBSERVAÇÃO
Em condicionamento de ar utilizam-se as expressões EXPANSÃO DIRETA e EXPANSÃO
INDIRETA, que significam:
» Expansão Direta
Quando a troca de calor é feita entre o ar e a substância refrigerante através da parede do
trocador de calor, é o que acontece no ar-condicionado tipo doméstico: o calor da sala, através do
ar, aquece o refrigerante no evaporador da máquina.
» Expansão Indireta
Quando entre o ar e a substância refrigerante existe outra substância de transporte térmico, é
o que acontece no sistema de ar-condicionado que utiliza um condicionador tipo fan-coil com água
gelada: o calor da sala, através do ar, aquece a água na serpentina do fan-coil e esta aquece fluido o
refrigerante no evaporador da máquina.
•Trocador de calor
É o componente, aparelho a peça do sistema de refrigeração que tem como função conter os
fluidos que trocarão calor e permitir que esta energia seja transferida, por condução térmica, de um
para o outro.
Existem muitos tipos e modelos de trocadores de calor como exemplo: Trocador a placas;
trocador de serpentina; trocador de serpentina aletada; trocador de casco e tubo (Shell and tube);
trocador tubo e tubo (tube and tube), dentre outros.
•Potência frigorífica
É a quantidade de calor que a máquina retira ou acrescenta a uma substância (ar, alimento,
pessoas, etc.), na unidade de tempo (1 hora). Nas máquinas de refrigeração como as do nosso curso,
temos a potência frigorífica expressa em kcal / h; kJ / h, kW (quilowatt); BTU / h ou TR (Tonelada
de Refrigeração).
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
kW é a potência energética correspondente a 860 kcal/h.
Uma TR (Tonelada de Refrigeração) corresponde à quantidade necessária de calor para
fundir ou formar uma tonelada curta de gelo a 0°C, em 24 horas.
1 kcal/h ≅ 4 BTU/h 1 TR = 3.024 kcal/h = 12.000 BTU/h
1 kW = 860 kcal/h 1 kW = 3.600 kJ/h
•Carga Térmica
Agora, que já conhecemos o conceito de temperatura, calor e suas formas de transmissão,
calor sensível, calor latente e potência frigorífica, vamos apresentar o conceito de Carga Térmica
para, no momento oportuno, adotar-se o procedimento para definir a CAPACIDADE que deve ter
um equipamento frigorígeno a ser instalado em determinado ambiente.
A Carga Térmica é entendida como a quantidade de calor que deve ser removida pelo
equipamento de refrigeração, de modo a proporcionar as condições de temperatura, umidade, etc.
no espaço a ser refrigerado ou condicionado em concordância com as exigências do projeto e/ou
definições do usuário.
Considerando que o calor flui de forma contínua através das paredes dos ambientes e das
câmaras, vencendo a resistência térmica do isolamento, o equipamento, também, deverá funcionar
de forma continuada, e, por isso a carga térmica é estimada ou estabelecida num valor unitário de
tempo. Por exemplo: 3.750 kcal/h (três mil, setecentas e cinqüenta, quilocalorias por hora).
O cálculo da Carga Térmica baseia-se em um conjunto de fatores, dentre os quais
destacamos: transmissão de calor, irradiação solar, pessoas, iluminação e equipamentos elétricos,
etc.
•Saturação
A saturação pode ser entendida sob dois aspectos, quais sejam:
1 - quando uma substância esta diluída (soluto) em outra (solvente) ao ponto desta última
não suportar mais a diluição, fazendo com que a primeira se precipite no fundo do recipiente.
2 - quando uma substância apresenta duas fases ao mesmo tempo, por exemplo: vapor e
líquido. Neste caso diz-se, saturação entre fases.
No caso do segundo conceito, a saturação depende da temperatura e da pressão, e diz-se que
a substância está na temperatura de saturação e na pressão de saturação.
Considerando o caso da água fervendo (ebulindo ou vaporizando) em Fortaleza, a pressão de
saturação é l atm, porque estando a cidade ao nível do mar a pressão é a indicada e é nela que a
água está vaporizando. Também, diz-se que a temperatura de saturação é 100 °C, o que se pode
comprovar medindo-a com um termômetro.
» Superaquecimento
Diz-se que um vapor está superaquecido quando se encontra com temperatura acima da
saturação.
» Sub-resfriamento
Diz-se que um líquido está sub-resfriado quando se encontra com temperatura abaixo da
saturação.
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
Todavia, quando um vapor (ou líquido) se encontra na temperatura de saturação, isto é,
mudando de fase, diz-se que ele está saturado, portanto apresenta as duas fases juntas, líquida e
vapor.
Termodinâmica
As relações das transformações de calor em trabalho e vice-versa, são estudas pelo ramo da
Física denominado de Termodinâmica.
•Trabalho nos gases
Consideremos um cilindro dotado de um êmbolo móvel
(exemplo: uma bomba de encher pneu de bicicleta) e, ao tempo que
empurramos esse êmbolo fechemos também a saída de ar. Dessa
forma, estaremos comprimindo o ar contido dentro do cilindro. Assim,
devido à intensidade da força “F” que aplicamos, o êmbolo se
deslocará de um determinado valor, que chamaremos de “∆L”. O
Trabalho realizado no gás (ar) é dado por:
∆L
F
Como já vimos anteriormente, a pressão é obtida através da expressão: p =
F
A
, logo, se se
considerar a pressão constante, a força será:
Desse modo, o trabalho realizado “no” gás (ar) será:
O produto “A . ∆L” é igual à variação de volume (∆V = Vi - Vf), uma vez que o mesmo
diminuiu, de onde podemos concluir que:
F = p . A
T = p . A . ∆L
Trabalho = pressão . variação de volume (T = p . ∆V)
Com isso, podemos tirar duas conclusões importantíssimas:
1. Se houver uma redução de volume (Vf < Vi), haverá uma compressão.
2. Se houver um aumento de volume (Vf > Vi), haverá uma expansão (trabalho realizado
“pelo” gás).
EXERCÍCIOS:
01. Um gás ideal sofre transformação a uma pressão constante de 10 N/m2
. Qual o trabalho
realizado pelas forças de pressão, durante o deslocamento do pistão, sabendo que o volume inicial
do gás era de 4m3
e que o volume final é de 10m3
?
02. Numa transformação à pressão constante, um gás ideal inicialmente ocupando um
volume de 10m3
expande-se até o volume de 15m3
. Qual o valor da pressão do gás, se o trabalho
realizado foi de 100 J?
GABARITO:
01. 60J
02. 20N/m2
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REFRIGERAÇÃO
•Energia interna
A energia interna de um gás (sistema) não pode ser medida, mas é importante se conhecer a
sua variação (“∆U”) durante um processo termodinâmico, uma vez que ela está diretamente
relacionada com a energia térmica e, é alterada em função da temperatura em que se encontra o gás.
•1ª Lei da Termodinâmica
O enunciado da 1ª
Lei da Termodinâmica ou 1° Princípio da Termodinâmica é o seguinte:
“O trabalho realizado num processo termodinâmico é igual à diferença entre a
quantidade de calor trocada com o meio exterior e a variação da energia interna do
sistema”.
T = Q – ∆UEste enunciado se traduz na seguinte expressão matemática:
A análise da relação entre o trabalho realizado e o calor trocado em um processo
termodinâmico é feita tomando-se como base a 1ª
Lei da Termodinâmica, e levando-se em conta as
transformações por que passa o gás durante esse processo.
Essas transformações, denominadas de “transformações gasosas”, levam em conta a pressão,
a temperatura e o volume, e são analisadas da seguinte forma:
» Transformação Isobárica
É uma transformação realizada à pressão constante, isto é a pressão é a mesma durante todo
o processo.
Exemplo 01: Uma amostra de gás sofre uma transformação isobárica, a uma pressão de 20
N/m2
, recebendo do meio exterior uma quantidade de calor igual a 100 cal. O volume de gás que era
de 6 m3
, passou para 20 m3
. Qual a variação da energia interna do Sistema?
Solução:
A variação de volume do gás será: ∆V = Vf - Vi = 20 m3
- 6 m3
= 14 m3
.
O trabalho realizado pelo gás será: T = p . ∆V = 20 N/m2
. 14 m3
= 280 J.
1 cal = 4,186 J ou 1 J = 0,239 cal, logo, 280 J = 66,92 cal.
Pela 1ª
Lei da Termodinâmica temos: T = Q – ∆U ⇒ ∆U = Q – T = 100 – 66,92 = 33,08 cal.
No exemplo acima, podemos fazer as seguintes considerações:
1. O volume do gás aumentou, portanto, houve uma expansão isobárica.
2. Em uma expansão isobárica, há um aumento (∆U > 0) da energia interna do gás.
3. Em uma expansão isobárica, a quantidade de calor recebida é maior que o trabalho realizado
(Q > T).
Exemplo 02: Um cilindro contém 5m3
de gás a uma temperatura de 30 °C. Quando a
temperatura do cilindro é aumentada para 70 °C, seu volume aumenta para 10m3
, enquanto que a
pressão permanece constante e igual a 20N/m2
. Sabendo que a energia interna do sistema aumentou
de 15 cal e que o calor específico do gás é de 0,03 cal/g. °C, qual a massa de gás contida no
cilindro?
Resposta: 32,4 g.
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REFRIGERAÇÃO
» Transformação Isocórica (Isométrica)
É uma transformação realizada a volume constante, isto é, o volume é o mesmo durante todo
o processo.
Exemplo: Um recipiente, hermeticamente fechado, contém 32 g de um gás, cujo calor
específico é de 0,094 cal/g. °C. Sabendo que sua temperatura inicial é de 27 °C e que o volume do
mesmo permanece constante, determine:
a) A quantidade de calor necessária para duplicar a temperatura do gás.
b) A variação da energia interna do gás, na transformação.
Solução:
a) Q = m . c . ∆T ⇒ Q = 32 . 0,094 . 27 ⇒ Q = 81,21 cal.
b) Como Vf = Vi ⇒ ∆V = 0, logo, T = p . ∆V = 0, portanto, Q = T + ∆U ⇒ Q = ∆U ⇒
∆U = 81,21 cal.
No exemplo acima, podemos fazer as seguintes considerações:
1. Em uma Transformação Isocórica, o trabalho realizado é nulo.
2. Em uma Transformação Isocórica, o calor recebido aumenta a energia interna e a
temperatura do gás.
3. Em uma Transformação Isocórica, a variação da energia interna do gás é igual à
quantidade de calor trocada com o meio exterior.
» Transformação Isotérmica
É uma transformação realizada à temperatura constante, isto é a temperatura é a mesma
durante todo o processo.
Exemplo: Cinqüenta gramas de um gás, cujo calor específico é de 0,08 cal/g. °C, sofre uma
transformação isotérmica a uma pressão de 40 N/m2
, quando então seu volume duplica para 6 m3
.
Qual a temperatura externa final da transformação, sabendo que no início a temperatura era de
30 °C?
Solução:
a) O trabalho será: T = p . ∆V ⇒ T= 40N/m2
. 3 m3
⇒ T = 120 J = 28,68 cal.
b) A variação de temperatura externa, será: ∆T =
Q
m c.
⇒ ∆T =
28 68,
⇒ ∆T = 7,17 °C.
50 0 08,x
) A temperatura final será: Tf = Ti + ∆T ⇒Tf = 30 °C + 7,17°C = 37,17 °C.c
» Transformação adiabática
Em uma transformação adiabática não há trocas de calor com o meio exterior. Portanto,
Q = 0 e ∆U = - T.
Em uma expansão adiabática, o trabalho é realizado pelo gás, sendo que o seu volume aumenta
e sua temperatura diminui, pois há uma diminuição da sua energia interna.
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REFRIGERAÇÃO
» Transformação cíclica
Ciclo ou transformação cíclica de uma determinada massa gasosa é um conjunto de
transformações após as quais o gás volta a apresentar a mesma pressão, o mesmo volume e a mesma
temperatura que possuía anteriormente. Em um ciclo, o estado final é igual ao estado inicial.
enunciado da 2ª
Lei da Termodinâmica ou 2° Princípio da Termodinâmica é o seguinte:
“O calor não passa espontaneamente de um corpo para outro de temperatura mais alta”.
D
A B
C
p
V
V1
0 V2
P1
P2
Q → T
Ciclo em sentido horário:
D
A B
C
p
V
V1
0 V2
P1
P2
T → Q
Ciclo em sentido anti-horário:
Conversão de Trabalho em CalorConversão de Calor em Trabalho
•2ª Lei da Termodinâmica
O
Este enunciado é muito importante para a compreensão do princípio de funcionamento das
máquinas térmicas, incluindo-se aí, os equipamentos de refrigeração.
e energia e pode ser transformada em outras formas de
energia
de eletricidade encontrada na natureza é a carga elétrica elementar, que é denominada de
“elétro
bre, têm
facilida
ando
e força que deverão ser inspecionados, montados ou mantidos pelo mecânico de refrigeração.
ntam-se é medida em Ampères (A) e o
aparelho destinado à sua medição é o Amperímetro.
Eletricidade
A eletricidade é também uma forma d
, principalmente a energia mecânica.
Quanto à natureza da energia elétrica, as experiências já demonstraram que a menor
quantidade
n”.
Os materiais metálicos, como por exemplo, o aço, o alumínio, o ouro, a prata, o co
de de gerar elétrons e permitir o livre movimento dessas cargas em sua estrutura.
Nos trabalhos de refrigeração estão sempre presentes motores elétricos, quadros de com
•Corrente elétrica
É o movimento dos elétrons no interior dos materiais.
A intensidade com que esses elétrons movime
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
•Tensão
É a força que impões movimento aos elétrons.
A tensão é medida em Volts (V) e o aparelho destinado à sua medição é o Voltímetro.
ca.
stência elétrica é medida em Ohms (Ω) e o aparelho destinado à sua medição é o
Ohmímetro.
s empresas concessionárias fornecem ao consumidor, a energia elétrica da seguinte forma:
ro
o
condutor fase possui uma tensão de 220 volts em relação ao condutor neutro (em Fortaleza).
níveis de tensão: 127
volts e 220 volts, quando a tensão de 220V é verificada entre duas fases.
a formado por quatro condutores, sendo três condutores fases e um condutor
neutro.
em
geral. A tensão entre fases é de 380 volts e entre fase e neutro é de 220 volts (em Fortaleza).
e principais que são, rotor e o estator.
Podem
armos prosseguimento ao assunto, é necessário se estabelecer noções para auxiliar
na com
or de si um campo magnético, tanto
mais in
o se faz uma volta com um condutor, fazendo o começo coincidir com o fim, tem-
se uma
otores elétricos, cada um apresenta vantagens sobre
o outro
de ar doméstico. O motor do ventilador e o motor do conjunto compressor, ambos
monofásicos.
•Resistência elétrica
É a maior ou menor dificuldade que os materiais oferecem à passagem da corrente elétri
A resi
•Sistemas elétricos
A
» Sistema monofásico (2 fios)
É o sistema formado por dois condutores, sendo um deles denominado de “FASE” e o out
de “NEUTRO”. O condutor neutro não possui tensão, ou seja, tem 0 (zero) volt, enquanto que
» Sistema bifásico (3 fios)
É o sistema formado por dois condutores fases e um condutor neutro.
O sistema bifásico tem a grande vantagem de se poder utilizar dois
» Sistema trifásico (4 fios)
É o sistem
Emprega-se esse sistema onde há necessidade de se alimentar equipamentos trifásicos
•Motores elétricos
O motor elétrico é constituído de duas partes distintas
ser alimentados por energia monofásica ou trifásica.
Antes de d
preensão.
a) Todo condutor elétrico, quando energizado cria ao red
tenso quanto for o valor da corrente (I) que o atravessa.
b) Quand
espira.
c) Juntando-se várias espiras, forma-se uma bobina.
d) Várias bobinas reunidas formam um “enrolamento”.
Pois bem, existem muitos projetos de m
e tem uma aplicação mais apropriada.
Neste trabalho voltaremos nossa atenção para os motores elétricos que estão presentes num
condicionador
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
O torque, a força, do motor está associado ao enrolamento principal, de trabalho, efetivo,
conforme o nome que se queira dar. É construído de fio grosso com resistência baixa e por isso
permite a passagem de corrente de intensidade maior.
Todavia, há também, nesse motor um enrolamento de fio mais fino, que apresenta grande
resistência elétrica, e quando energizado, a corrente por ele é baixa. É o enrolamento de partida,
start ou arranque. Tem a finalidade de aumentar o torque inicial do motor na partida e orientar o
campo magnético para dar o sentido para o qual o rotor vai girar.
Psicrometria
Psicrometria é o estudo das misturas de ar e vapor de água.
O ar atmosférico é constituído de Oxigênio, Nitrogênio, outros gases e vapor d'água e como
tudo está aquecido e o homem sofre suas influências, resulta daí a importância da psicrometria no
condicionamento de ar.
As propriedades térmicas do ar atmosférico se encontram indicadas num gráfico ou
diagrama conhecido como “Carta Psicrométrica”, a qual é utilizada para nos auxiliar na obtenção
dessas propriedades, das quais destacamos:
•Temperatura de bulbo seco(TBS)
É a temperatura ambiente, do ar, medida com um termômetro comum.
•Temperatura de bulbo úmido(TBU)
É a temperatura ambiente, do ar, medida com um termômetro comum, porém, com o bulbo
coberto com uma mecha (gaze ou algodão) umedecida.
•Umidade relativa(UR)
Umidade do ar é a quantidade de vapor d’água que participa da mistura atmosférica.
Umidade relativa é a proporção de vapor d’água contido em um determinado volume de ar, em
relação à quantidade total que este mesmo volume poderia absorver ficando saturado.
•Temperatura de ponto de orvalho(TPO)
É a temperatura de saturação do ar. De uma forma bem simples, podemos dizer que é a
temperatura à qual a umidade condensa sobre uma superfície.
•Entalpia (h)
É uma propriedade que as substâncias possuem e que traduz uma medida do seu calor
inerente. Para o ar, esta grandeza representa a quantidade de calor recebida ou cedida, por unidade
de massa (kcal/kg)
Em relação à carta psicrométrica, os termos abaixo podem explicar, rapidamente, alguns
conceitos referentes a determinadas condições do ar.
Se as temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido são conhecidas, a umidade relativa a
temperatura do ponto de orvalho podem ser determinadas.
Se a temperatura de bulbo seco e a umidade relativa são conhecidas, a temperatura de bulbo
úmido e a temperatura do ponto de orvalho podem ser determinadas.
Se a temperatura de bulbo úmido e a umidade relativa são conhecidas, a temperatura de
bulbo seco e a temperatura do ponto de orvalho, podem ser determinados.
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
EXERCÍCIOS:
01. Dados: TBS = 30 °C; UR = 60%;
Encontrar: a) TBU; b) TPO; c) volume específico; d) entalpia.
02. Dados: TBU = 20 °C; TBS = 25 °C;
Encontrar: a) UR; b)TPO; c) entalpia.
03. 30% de ar com TBS = 30 °C e UR = 60%, serão misturados com uma massa de ar
atmosférico com TBU = 20 °C e TBS = 25 °C. Nessas condições qual o resultado da mistura?
04. O ar de um ambiente está a uma TBS igual a 30°C e UR de 70%. Queremos condicionar
este ambiente e deixá-lo nas condições de conforto, isto é, TBS igual a 24°C e UR de 50%.
a) Quantas gramas de umidade deverão ser retiradas do ar?
b) Qual o diferencial de TBU?
05. O ar ambiente de um laboratório químico está nas seguintes condições:
TBS = 22°C e UR = 40%.
Ele deverá ser misturado com ar de renovação externo, com as seguintes condições:
TBS = 35°C e UR = 60%. Qual o resultado da mistura?
06. Observe a seguinte situação:
a) O ar de um ambiente condicionado, retorna para o condicionador de ar, com TBS igual a
24°C e UR de 45%.
b) Nele, é misturado ar externo com TBS igual a 30°C e UR de 60%.
c) O ar é insuflado através do aparelho a TBS igual a 13°C.
Determine as condições que o ar é misturado no condicionador.
Instrumentos
Neste item procuraremos listar os principais instrumento de medidas que o mecânico de
refrigeração deverá utilizar em seu trabalho diuturno.
•Manômetro
Instrumento apropriado para medir pressão, pode ser mecânico ou eletrônico. No trabalho de
refrigeração o utilizado é o mecânico do tipo Bourbon, cujo mecanismo se assemelha ao brinquedo
língua de sogra. Quando a língua de sogra estira leva o ponteiro para um valor mais alto no
mostrador onde está gravada a escala.
Os manômetros utilizados pelo mecânico de refrigeração estão
conjugados em um suporte tipo tubo de orifícios conhecido pelo nome de
“manifold” ou analisador de pressão.
O manômetro da esquerda possui duas escala com uma a mesma
origem, uma para medir pressão abaixo da pressão atmosférica, ou seja,
vácuo, e outra para pressões acima da atmosfera e por isso ele é chamado de
manovacuômetro, e é extremamente útil de vez que, em muitas ocasiões, a
pressão de serviço ou de trabalho de alguns equipamentos está abaixo da
pressão atmosférica. Também se utiliza este manovacuômetro para medir o
vácuo que se faz para a desidratação do sistema em processamento.
MANIFOLD
ROBINAIR
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
•Amperímetro
Aparelho destinado à medição da intensidade de corrente (I) cuja unidade é o
Ampère (A). Modelo da MINIPA
•Reguladores de pressão
Nos trabalhos que envolvem gases acondicionados em cilindros a
altas pressões, se utilizam reguladores de pressão com a finalidade abaixa a
pressão para valores que são suportados pelos sistemas, de forma segura.
Normalmente há um manômetro para medir e indicar a pressão do cilindro e
outro para a pressão de trabalho. Mod. SA White Martins.
Pode-se ver isto claramente nos conjuntos de solda oxiacetilênica. Há
um regulador para o oxigênio e outro para o acetileno.
•Voltímetro
Aparelho destinado à medição da tensão elétrica (U) cuja unidade é o Volt
(V).
•Ohmímetro
Aparelho construído para a medição da resistência elétrica (Ω) de baixo valor
cuja unidade é o Ohm (Ω).
•Multímetro
Há um instrumento que reúne muitas funções como amperímetro, voltímetro,
ohmímetro, e em alguns casos outros instrumentos, é o multímetro.
•Megôhmetro
Para medir resistências de valores altos, como por exemplo, a resistência do isolamento da
fiação de motor elétrico, utiliza-se o megôhmetro. A unidade é o megaohm (MΩ).
•Vacuômetro
As pressões de vácuo devem ser medidas com um instrumento de precisão, eletrônico ou a
mercúrio, com escala apropriada para informar a pressão em mícron de mercúrio. Um milímetro
vale 1.000 mícrons.
•Capacímetro
O capacímetro é o instrumento adequado para se medir a capacitância dos
capacitores. A capacitância é medida em submúltiplo do Farad. Microfarad (µfd) e
picofarad (ρfd).
•Anemômetro
Este aparelho é utilizado para medir a velocidade do ar. Em condicionamento
de ar, divide-se a entrada do ar na serpentina (retorno) em, no mínimo, 20 partes, e se
coloca o sensor em carda uma das partes, anotando-se a velocidade em m/s, para ao
final calcular a média aritmética de todas as medições.
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
•Termômetro
O termômetro é o instrumento utilizado para medir a temperatura do ar ou de
outros elementos. O indicado para o uso na refrigeração é um eletrônico de cinco
sensores para permitir a medição das linhas de refrigerante e outros, no processo de
balanceamento.
•Tacômetro
Para medir o número de rotações desenvolvidas num minuto pelos diversos
elementos girantes de uma máquina de ar-condicionado, por exemplo, um ventilador
centrífugo, se utiliza o instrumento chamado de tacômetro, que poderá ser mecânico
ou eletrônico.
•Chave de Teste Néon
Esta ferramenta é imprescindível para a localização do pólo fase. É uma chave de fenda,
apresentando, no interior do cabo, uma lâmpada de “Néon”.
No extremo do cabo tem um botão metálico, encostando-se a ponta metálica da chave no
ponto a ser verificado e, tocando com o dedo o botão, a lâmpada acenderá no caso de haver
corrent
.
circuitos dos componentes elétricos do condicionador de ar.
e.
•Lâmpada-série
É de fácil montagem, pois, simplesmente, cortando uma fase
entre uma lâmpada e plug, ficam duas pontas de prova A e B
Com as pontas A e B é possível testar a continuidade dos
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REFRIGERAÇÃO
TECNOLOGIA
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
REFRIGERAÇÃO
tos de refrigeração objetos desse curso, funcionam segundo o ciclo
termod ressão de vapor, que é constituído na sua forma mais simples por quatro
elemen
do um esquema do ciclo básico de um sistema de
refriger r, da
evapor
de gás quente. E do condensador para o evaporador, está a linha de líquido.
ntes de iniciarmos a descrição do ciclo de refrigeração, é conveniente que se conceitue os
elemen
e pressão, o compressor, também, causa ao mesmo tempo, essa diferença de pressão,
elevando a pressão de saída (descarga) a um valor muito alto, comparado com a pressão de entrada
(sucção .
Ciclo básico teórico
Os equipamen
inâmico de comp
tos distintos:
1) Compressor.
2) Condensador.
3) Válvula de expansão ou capilar.
4) Evaporador.
Na figura abaixo está representa
ação, onde estão indicadas as posições relativas ao ciclo do compressor, do condensado
válvula de expansão e do evaporador.
Chama-se de linhas às tubulações que unem os diversos elementos. A linha que vai do
ador para o compressor é a de sucção ou aspiração. Do compressor até o condensador, tem-se
a linha de descarga ou
A
tos já listados.
•Compressor
É um conjunto de peças mecânicas, desenhadas e construídas de tal maneira que ao
funcionar possa provocar um deslocamento de massa (escoamento) necessário para o
reaproveitamento do fluido refrigerante, e como o escoamento de massa só se realiza devido a uma
diferença d
)
COMPRESSOR
HP = ALTA PRESSÃO
SENTIDO DO FLUXO
DESCARGA DO COMPRESSOR
VAPOR ALTA TEMPERATURALÍQUIDO SUBRESFRIADO
SAÍDA DO CONDENSADOR
HP = ALTA PRESSÃO
LINHA DE ALTA PRESSÃO
LINHA DE GÁS QUENTE
LINHA DE SUCÇÃO
LINHA DE BAIXAPRESSÃO
QUIDO
TA PRESSÃO
CONDENSADOR
BÁSICO DE REFRIGERAÇÃO
LINHA DE LÍ
LINHA DE AL
VÁLVULA DE EXPANSÃO
VAPOR BAIXATEMPERATURA
SUCÇÃO DO COMPRESSOR
LP = BAIXA PRESSÃO
EVAPORADOR
CICLO
POR COMPRESSÃO DE VAPOR
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•Condensador
O condensador é um trocador de calor no qual o calor que foi absorvido pelo fluido
refrigerante durante a sua passagem pelo evaporador e no processo de compressão é expelido para o
exterior, motivado por ventilação natural ou forçada. Nesse processo, o fluido refrigerante passa do
estado íquido (condensa).
la de expansão ou tubo capilar é uma restrição à passagem do fluido refrigerante que
se enco aumenta de velocidade e
perde p
trocador de calor cuja função é absorver o calor do espaço
refriger
r,
umento do diâmetro do tubo em relação à válvula, forma uma zona de baixa pressão e,
assim, temperatura do mesmo.
gasoso. Assim é necessário que se produza uma “situação” mais
fria que
te na fase líquida é
baixo,
se reduziria a quantidade de massa de refrigerante para a mesma quantidade de calor
transfe
te sob a forma de vapor, aspirando-o através da
linha d
o
ador.
nsador com temperatura bastante alta em relação ao ambiente
externo ao ciclo. Com a remoção do calor a temperatura baixa, e ao chegar na temperatura de
gasoso para o estado l
•Válvula de expansão
Válvu
ntra no estado líquido, e uma vez forçado a passar por ela o fluido
ressão, criando condições ao processo de expansão (reduz a pressão).
•Evaporador
Evaporador é também um
ado ou condicionado. No processo de passagem pelo evaporador, o fluido refrigerante
absorve calor do ambiente e é gradualmente transformado do estado líquido para vapor
(evaporação).
Quando o fluido refrigerante, ainda no estado líquido, penetra na serpentina do evaporado
e devido ao a
há uma queda acentuada na
•Descrição do ciclo
Pois bem, o objetivo da máquina de refrigeração é retirar o calor do “meio” que se quer
resfriar, seja ele sólido, líquido ou
ele.
Analisemos duas formas de transferência de calor, já vistas, até.
Uma, onde a transferência de calor produza apenas uma variação de temperatura do
refrigerante. Dessa maneira, considerando que o calor específico do refrigeran
para transferir a quantidade de calor do processo seria necessária muita massa do agente de
transporte térmico (refrigerante).
Na outra, a transferência produza além da variação de temperatura, também, faça uma
mudança de fase do agente refrigerante. Com esta alternativa, considerando que a quantidade de
calor envolvida na mudança de fase, calor latente de vaporização, é muito maior que o calor
específico,
rido.
Pois é assim que acontece.
O compressor bombeia o fluido refrigeran
e sucção e comprimindo-o pela linha de descarga. O fluido refrigerante no estado gasoso
fortemente comprimido tem sua temperatura de saturação aumentada para o processo de liquefaçã
(condensação), no condens
O objetivo da elevação da pressão é, também, elevar a temperatura de saturação do
refrigerante para valores mais altos que o meio para o qual o calor será transferido. Se a
transferência de calor for para o ar atmosférico, em Fortaleza, onde a temperatura é 32ºC, a
temperatura de saturação (ebulição do refrigerante) deverá ser cerca de 50ºC.
O refrigerante chega ao conde
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REFRIGERAÇÃO
saturação, continua a perder calor e muda de fase passando para o estado líquido (condensa). O
process ,
do líquido, com temperatura abaixo da saturação (sub-
resfriado).
a tubulação de líquido, o refrigerante chega à válvula de
expans
é
temperatura até o ponto que entra no compressor novamente (superaquecido).
ressão
vapor de refrigerante formado no evaporador, à baixa pressão e baixa temperatura, é
aspirado quando o pistão do compressor se desloca do ponto morto superior para o ponto morto
inferior
e
riamento,
a de saturação e depois condensado pela água (ou ar) de
resfriam seguida é sub-resfriado, cuja temperatura ficará cerca de 15°C abaixo da
temper
o de
ra diminuir a
pressão té
a de
o de remoção de calor ainda continua, e o refrigerante nessa etapa muda de temperatura
novamente, saindo do condensador no esta
Saindo do condensador pel
ão ou tubo capilar, onde é forçado a atravessar uma restrição que o faz aumentar a
velocidade e como conseqüência, perde pressão.
Do outro lado da válvula de expansão, o refrigerante ainda está líquido, mas apresenta-se
com pressão reduzida. Desta feita, acontece o inverso do processo de compressão, o refrigerante
perde calor e temperatura.
Ao entrar no evaporador, o refrigerante recebe calor do meio a resfriar, aquecendo-se (a
temperatura continua baixa) e vaporizando-se. Inversamente ao condensador, o refrigerante
aquecido até a temperatura de saturação donde muda de fase. Ao mudar de fase, eleva-se a
O ciclo se inicia novamente.
Ciclo básico real
Ao descrever o ciclo real procuraremos utilizar a linguagem mais técnica e colocar os
elementos reais com sua função no ciclo.
•Processo de comp
O
, e é comprimido quando o pistão se desloca em sentido contrário. A elevação da pressão
desloca para cima o ponto de saturação do refrigerante permitindo ao vapor a condição de fácil
liquefação, ou seja, à alta pressão o vapor de refrigerante poderá ser resfriado por ar ou água com
temperaturas próximas da temperatura ambiente (em Fortaleza 32°C) voltando novamente à fase
líquida. O processo de compressão é adiabático, todavia o trabalho da compressão tem um
componente mecânico de energia que se transforma em calor aumentando a temperatura do gás.
•Processo de condensação
O vapor de fluido refrigerante que sai do compressor, a alta pressão e alta temperatura, pod
ser facilmente condensado pela rejeição de calor ao ar de resfriamento (ou à água de resf
no caso de condensação à água), à temperatura ambiente. Ou seja, no condensador, o vapor
superaquecido é resfriado até a temperatur
ento e em
atura de saturação.
•Processo de expansão
A válvula de expansão, pela grande restrição que causa faz aumentar a pressão do fluido no
sistema antes dela e ao passar por ela, o fluido para manter a vazão do sistema aumenta muit
velocidade e cai de pressão, pós-válvula . Como dispositivo de redução de pressão, pa
do fluido refrigerante liquefeito no condensador (280psig para R22, condensação a ar), a
uma pressão adequada à evaporação (70psig para ar-condicionado, conforto), usa-se uma válvula de
expansão ou um tubo capilar. Esses dispositivos são calibrados para uma determinada qued
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REFRIGERAÇÃO
pressão conforme a aplicação da máquina, refrigerante, meio de condensação, dentre outros. Como
válvula de expansão, usa-se geralmente uma válvula de expansão termostática, que controla a vazão
de refrigerante e mantém constante o grau de superaquecimento do vapor de refrigerante na saída
do evap ro interno e
compri ento são determinados em função da diferença de pressão entre os pontos de alta e baixa
pressão
stribuído
enquan
a. Uma vez líquida, a água é drenada para fora do
compar
O DE REFRIGERAÇÃO
de refrigeração à compressão simples, são uma execução prática, consistindo de
quatro elementos fundamentais, conforme mostrado. O compressor succiona os vapores de
refrigerante do evaporador, comprimindo-os até à pressão de condensação; o condensador onde o
refriger
deira, freezer, etc. ou da sala, no caso de ar condicionado).
m sistema de refrigeração é dividido, quanto à pressão, em duas partes conhecidas por lado
de alta e lado de baixa pressão. A alta pressão existe no sistema desde a válvula de descarga no
compressor, passando pela linha de descarga, condensador e linha de líquido até o tubo capilar. O
lado de
, tão logo a
refriger eno
ma de refrigeração que trabalha por compressão,
destaca das
orador. Nas unidades pequenas, usa-se um tubo capilar, cujo diâmet
m
e da vazão do fluido refrigerante.
•Processo de evaporação
O líquido refrigerante do ciclo, cuja pressão é reduzida na válvula de expansão, é di
aos tubos do evaporador por meio de um distribuidor (pode ser pelo próprio formato do
evaporador). Ao escoar no interior dos tubos, o fluido refrigerante se aquece e se vaporiza, ebule,
to líquido, retirando o calor do ar (ar do ambiente refrigerado ou condicionado), que
circunda a superfície externa, e torna a se aquecer, como vapor (superaquecimento).
Analisando-se o ar no meio resfriado, o calor transferido no processo pode ser sensível,
quando baixa a temperatura do ar, e latente, quando o ar é resfriado à temperatura abaixo do ponto
de orvalho (TPO), e faz condensar a águ
timento do evaporador, no caso do condicionador de ar, e na geladeira, a água forma-se em
gelo sublima ou cristaliza.
COMPONENTE DO CIRCUIT
Os ciclos
ante se condensa rejeitando calor; o tubo capilar que promove a queda de pressão
necessária a ser atingida no evaporador; e o evaporador onde a vaporização do refrigerante absorve
calor da câmara (espaço interno da gela
U
baixa pressão começa no tubo capilar e continua através do evaporador, linha de sucção e
compressor até a válvula de admissão.
O vapor de refrigerante é aspirado do evaporador à baixa pressão e comprimido no lado de
alta pressão para ser transformado em líquido e assim ser mantido pronto para uso
ação seja solicitada. O calor do ar é absorvido pelo refrigerante no evaporador fenôm
que gera o “frio ou produz a refrigeração”.
De forma simplificada, podemos resumir o que ocorre durante o ciclo de refrigeração do
seguinte modo:
Compressor
Entre os órgãos que compõem o siste
m-se os compressores com singular importância e características que devem ser observa
para um completo êxito da instalação.
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REFRIGERAÇÃO
•Conceito
A função do compressor na refrigeração mecânica é dupla, isto é, deve fazer a sucção do
vapor d iente do evaporador e comprimi-lo à pressão de condensação (alta
pressão tro vezes mais que a pressão de sucção), e, como conseqüência disto,
proporc massa necessário à recirculação do refrigerante.
rios refrigerantes usados em refrigeração, com diferentes propriedades e
aplicações, encontramos, conseqüentemente, variações nos tipos de compressores. Alguns
refriger
pequen randes pressões.
a bombear fluido somente no estado de vapor, daí a
necessidade do superaquecimento do fluido refrigerante ao sair do evaporador, pois jamais deve
penetrar líquido na câmara de compressão.
classificados quanto ao processo de compressão e à posição do motor de
acionam
Classificação
pressão podem ser:
o motor elétrico em relação ao fluxo de refrigerante, podem ser:
Funcionamento
descrição dos tipos de compressores que
os assuntos classificação e funcionamento.
constituído de um cilindro e um pistão que
o chamado “ponto morto superior”
amento positivo. Durante o curso
de válvula de sucção e o gás flui, então, da
para o interior do cilindro, ao chegar no ponto morto inferior, fecha-se a válvula de
sucção e abre-se a válvula de descarga.O gás é forçado para fora, para a linha de descarga, durante o
curso ascendente que ora se inicia.
o
e refrigerante proven
, aproximadamente qua
ionar o deslocamento de
Como há vá
antes requerem deslocamento de grandes volumes e pequena compressão, enquanto outros,
os volumes e g
Os compressores são construídos par
Os compressores são
ento em relação ao próprio compressor.
•
Quanto ao processo de com
- Alternativos ou de pistões (recíprocos);
- Rotativos (scroll);
- Rotativo de palheta;
- Rotativos centrífugos;
- Parafuso.
Quanto ao posicionamento d
- Herméticos.
- Semi-herméticos ou semi-abertos.
- Abertos.
•
Nesse ponto da apostila iremos fazer uma breve
nos referimos, e o leitor irá perceber uma certa junção d
» Compressor alternativo
O compressor alternativo, fundamentalmente, é
se desloca alternativamente dentro desse cilindro, de um pont
para o “ponto morto inferior”. É uma máquina de desloc
descendente do pistão abre-se uma passagem chamada
linha de sucção
Cada volta do eixo-manivela (virabrequim) corresponde a um ciclo de trabalho.
Chamamos de câmara de compressão ao espaço entre o fechamento superior do cilindro e
ponto mais alto da cabeça do pistão. O curso do pistão será o caminho percorrido por ele, desde o
ponto morto superior até o ponto morto inferior. O volume correspondente a esse deslocamento, é
Rev. 02/2002

REFRIGERAÇÃO
chamado de cilindrada, e o volume de refrigerantes
capaz clo de trabalho é
chamad
deslocamentos volumétricos e relativamente grandes
compre
apres
ruído. Normalmente são de palhetas rotatórias montadas em
carcaça pressão do gás. Durante o seu funcionamento, o gás succionado
penetra e provocado pela
excentr
mado
aos rotores de bombas centrífugas. Esse tipo de compressor é
em geral utilizado em resfriadores de água, com capacidade superior a 200TR, de refrigeração.
Compressor hermético
éticos dá-se o nome vulgar de unidades seladas.
ucro
Trabalham a cerca de 3.500 rpm e não permitem conserto mecânico, pois suas peças são
montad
o sua lubrificação feita pelo próprio
movim
ão compressores herméticos, mas podem ser desmontados para reparos. Construídos em
carcaça têm uma vida útil cerca de três vezes
maior que a dos compressores herméticos. Suas principais características são: resfriamento pelo gás
de sucção, baixo nível de ruído e lubrificação forçada através de uma bomba de óleo de
engrenagens montada externamente.
de ser deslocado num ci
o de deslocamento volumétrico.
De maneira geral os compressores
alternativos são, atualmente, os mais utilizados e por
isso trataremos mais particularmente desses
compressores, os quais proporcionam pequenos
PONTO MORTO
SUPERIOR
PONTO MORTO
INFERIOR
VIRABREQUIM
CILINDRO
ssões.
» Compressor rotativo
São compressores compactos e têm a vantagem de entarem pouca vibração e pouco
um cilindro deslocado do centro da
, de modo a permitir a com
nos espaços entre as palhetas, sendo comprimido pela redução de volum
icidade do cilindro em relação à carcaça.
» Compressor centrífugo
Os compressores centrífugos giram entre 3.600 rpm a 25.000 rpm. Com esta velocidade, o
gás é succionado e descarregado com uma aceleração tal que imprime ao gás uma pressão adequada
ao funcionamento do ciclo. O elemento do compressor que succiona e comprime o gás é for
por um ou dois rotores semelhantes
» Compressor de parafuso
Os compressores de parafuso são concebidos para grandes deslocamentos de massa com
pressão relativamente baixa. O gás é succionado e descarregado pela impulsão ocasionada pelo giro
de dois parafusos que se desenroscam um sobre o outro.
»
Aos compressores herm
Compressor hermético é um conjunto motor-compressor encerrado em um único invól
de chapa de aço estampado e hermeticamente fechado através de solda, e apresenta a vantagem do
acionamento direto do motor-compressor e nível baixo de ruídos.
as em lotes, por faixa de tolerância, impedindo a substituição de peças do mesmo. Este tipo
de compressor não possui bomba de óleo externa, send
ento do eixo de manivelas.
» Compressor semi-hermético
S
s de ferro fundido, trabalham a cerca de 1.750rpm e
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Apostila refrigeracao domestica

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