Este documento apresenta um resumo dos principais tópicos de termodinâmica e transferência de calor discutidos no Capítulo 1. Inclui definições de propriedades termodinâmicas, sistemas de unidades, pressão, temperatura, calor e potência. Também aborda as leis da termodinâmica, energia, entalpia e entropia, gás perfeito, misturas de gases, propriedades da água e vapor, equação da energia em fluxo estacionário, fator de compressibilidade de gases reais
1. refrigeração
na indústria de alimentos
Gilberto Arejano Corrêa
Teoria , cálculo e aplicações
práticas a todos profissionais
engenheiros e técnicos de
refrigeração.
3. SUMÁRIO
Prefácio .................................................................................................................................................... IV
01. PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS................................................................................................... 1-01
1.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 1-01
1.2 PROPRIEDADES TERMODIÂMICAS ...................................................................................... 1-01
1.3 SISTEMAS DE UNIDADES ...................................................................................................... 1-01
1.4 VOLUME ESPECÍFICO, MASSA ESPECÍFICA E PESO ESPECÍFICO................................. 1-01
1.5 PRESSÃO..................................................................................................................................... 1-01
1.6 TEMPERATURA ........................................................................................................................ 1-02
1.7 CALOR E POTÊNCIA ............................................................................................................... 1-02
1.8 PRIMEIRA E SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA ......................................................... 1-03
1.9 ENERGIA, ENTALPIA E ENTROPIA ...................................................................................... 1-03
1.10 GÁS PERFEITO ....................................................................................................................... 1-04
1.11 MISTURAS DE GASES PERFEITOS ......................................... ............................................ 1-04
1.12 PROPRIEDADES DA ÁGUA E DO VAPOR ............................. ............................................ 1-04
1.13 EQUAÇÃO DA ENERGIA EM FLUXO ESTACIONÁRIO ......... ........................................ 1-04
1.14 FATOR DE COMPRESSIBILIDADE DOS GASES REAIS ............... .................................. 1-05
1.15 ESTADO DE UMA SUBSTÂNCIA PURA ..................................... ....................................... 1-05
1.16 TRANSFERÊNCIA DE CALOR .................................................... ...................................... 1-06
1.17 CONDUÇÃO ................................................................................. ..... ................................ 1-06
1.18 RADIAÇÃO........................................................................................ ..... ........................... 1-06
1.19 CONVECÇÃO ...................................................................................... ..... ....................... 1-07
1.20 CONSERVAÇÃO DA ENERGIA .................................................... ... ..... ....................... 1-07
1.21 EQUAÇÃO DA DIFUSÃO DE CALOR .................................. ... ..... ............................... 1-08
REFERÊNCIAS ..................................................................................... ... ..... .......................... 1-09
02. REFRIGERANTE ..................................................................................................................... 2-01
2.1 INTRODUÇÃO ............................................................................ ... ..... .............................. 2-01
2.2 EFEITOS DA TEMPERATURA E PRESSÃO ............... ... ..... .......................................... 2-01
2.3 CALOR LATENTE ........................................................................................ ... ..... ............ 2-01
2.4 FATORES A CONSIDERAR NA ESCOLHA DE UM REFRIGERANTE ........................ 2-01
2.5 CLASSIFICAÇÃO ............................................................... ... ..... ....................................... 2-01
2.6 COMPATIBILIDADE DOS REFRIGERANTES .................... ... ..... .................................. 2-07
2.7 SEGURANÇA ....................................................................... ... ... ..... .................................. 2-07
2.8 AMÔNIA (NH3) - R717 ................................................................. .... .................................. 2-07
2.9 RESISTÊNCIA A CORROSÃO ....................................................... .... .................................. 2-08
2.10 CARGA DO REFRIGERANTE ................................................. .... .................................. 2-08
4. REFERÊNCIAS ............................................................................. ..... .... .................................. 2-08
03. CICLO DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO ........................................................ 3-01
3.1 CICLO DE REFRIGERAÇÃO MAIS IMPORTANTE ................ ..... .... ........................... 3-01
3.2 CICLOS REAIS E CICLO DE CARNOT ................................................ ........................... 3-01
3.3 MODIFICAÇÕES DO CICLO DE CARNOT PARA O CICLO REAL ..... ........................ 3-01
3.4 ESQUEMA SIMPLES DE UMA INSTALAÇÃO FRIGORÍFICA ............ ........................ 3-01
3.5 REPRESENTAÇÃO GRÁFICA ................................................................. ......................... 3-01
3.6 CICLO PADRÃO DE COMPRESSÃO DE VAPOR NO ESQUEMA SIMPLES................. 3-02
3.7 POTÊNCIA DO CICLO ............................................................... ........................ ................ 3-02
3.8 COEFICIENTE OPERACIONAL FRIGORÍFICO ......................... ...................... ................ 3-02
3.9 EFEITO DA TEMPERATURA DE ADMISSÃO SOBRE A EFICIÊNCIA DO CICLO ... 3-03
3.10 EFEITO DA TEMPERATURA DE CONDENSAÇÃO SOBRE A EFICIÊNCIA DO CICLO 3-03
3.11 CICLO REAL DE COMPRESSÃO DE VAPOR E OS DESVIOS DO CICLO SATURADO
3-04
SIMPLES..................................................................................................................................
3.12 EFEITO DO SUPERAQUECIMENTO DO VAPOR DE ADMISSÃO.......................... 3-04
3.13 EFEITOS DO SUBRESFRIAMENTO DO LÍQUIDO .................................................... 3-05
3.14 EFEITOS DAS PERDAS DE PRESSÃO RESULTANTES DO ATRITO ..................... 3-05
3.15 REGIMES DE TRABALHO ............................................................................................ 3-06
REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 3-09
04. SISTEMAS MULTIPRESSÃO ............................................................................................ 4-01
4.1 REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR ..................................................... 4-01
4.1.1 DOIS COMPRESSÔRES EM PARALELO ............................................................ 4-01
4.1.2 COMPRESSOR E VÁLVULA REDUTORA DE PRESSÃO................................. 4-02
4.2 CICLOS DE COMPRESSÃO POR ESTÁGIO................................................................... 4-03
4.2.1 SUBRESFRIAMENTO POR SUPERFÍCIE ............................................................ 4-03
4.2.2 SUBRESFRIAMENTO POR MISTURA ................................................................ 4-04
REFERÊNCIAS......................................................................................................................... 4-05
05. ABSORÇÃO ........................................................................................................................... 5-01
5.1 INTRODUÇÃO ....................... ...................... ................ ...................... ................ ........... 5-01
5.2 TIPOS DE APARELHOS ................................................................................................... 5-02
5.3 PROPRIEDADES ELEMENTARES DAS MISTURAS BINÁRIAS....... ...................... .. 5-02
5.4 FLUXO ESTACIONÁRIO COM MISTURAS BINÁRIAS ......... ...................... ............. 5-02
5.4.1 MISTURA ADIABÁTICA DE DUAS CORRENTES ......... ...................... ........... 5-04
5.4.2 MISTURA DE CORRENTES COM TROCA DE CALOR...................... .............. 5-05
5.4.3 PROCESSOS SIMPLES DE AQUECIMENTO E RESFRIAMENTO... ............... 5-05
5.4.4 ESTRANGULAMENTO .................. ...................... ................ ...................... ....... 5-06
5.4.5 RETIFICAÇÃO DE UMA MISTURA BINÁRIA ............... ...................... .......... 5-06
REFERÊNCIAS ...................................................................... ...................... ........................ 5-08
5. ANEXO - DIAGRAMA AMÔNIA-ÁGUA................................. ...................... ................... 5-09
06. PSICROMETRIA ................................................................................................................ 6-01
6.1 DEFINIÇÃO .............................. ...................... ................ ...................... ....................... 6-01
6.2 REGIÕES TERMODINÂMICAS DO AR SECO E DO VAPOR D’ÁGUA ................. 6-01
6.3 AR ATMOSFÉRICA ....................... ...................... ................ ...................... ............... 6-01
6.4 AR SECO ............................. ...................... ................ ...................... ........................... 6-01
6.5 VAPOR D’ÁGUA ................................................................... ............ ......................... 6-02
6.6 AR ÚMIDO .................................................... ............ ................................. ............ ... 6-03
6.7 CARTA PSICROMÉTRICA ................................................ ............ ........................... 6-06
6.8 PROCESSOS DE ACONDICIONAMENTO DO AR .. ............ ...... ............................ 6-06
6.8.1 CONDIÇÃO DE SIMPLES AQUECIMENTO DO AR ..................................... 6-06
6.8.2 CONDIÇÃO DE SIMPLES RESFRIAMENTO DO AR .................................... 6-07
6.8.3 PROCESSO DE UMIDIFICAÇÃO DO AR ..................................................... 6-07
6.8.4 CONDIÇÃO DE AQUECIMENTO E UMIDIFICAÇÃO DO AR .................... 6-08
6.8.5 CONDIÇÃO DE SIMPLES DESUMIDIFICAÇÃO DO AR............................. 6-09
6.8.6 CONDIÇÃO DE RESFRIAMENTO E DESUMIDIFICAÇÃO DO AR........... 6-09
6.8.7 MISTURAS ADIABÁTICAS DE DUAS CORRENTES DE AR ÚMIDO....... 6-10
6.9 SERPENTINAS DE RESFRIAMENTO E DESUMIDIFICAÇÃO............................. 6-10
6.10 SERPENTINAS DE SUPERFÍCIE EXTENDIDAS.................................................. 6-11
REFERÊNCIAS ............................................................................................................... 6-11
07. CARGAS TÉRMICAS ................................................................................................. 7-01
7.1 GENERALIDADES ................................................................................................... 7-01
7.2 CARGA TÉRMICA ATRAVÉS DAS PAREDES..................................................... 7-01
7.3 CARGA TÉRMICA DEVIDO AO AR............ ................................. ............ ......... 7-02
7.4 CARGA TÉRMICA DO PRODUTO (ALIMENTO)................................................ 7-04
7.5 CARGA TÉRMICA DE PESSOAS EM UMA CÂMARA FRIGORÍFICA............. 7-04
7.6 CARGA TÉRMICA DE MOTORES ELÉTRICOS EM CÂMARA FRIGORÍFIC. 7-05
7.7 CARGA TÉRMICA DE ILUMINAÇÃO EM CÂMARA FRIGORÍFICA............... 7-05
7.8 CARGA TÉRMICA TOTAL EM CÂMARA FRIGORÍFICA................................. 7-05
CONCLUSÃO................................................................................................................. 7-06
REFERÊNCIAS............................................................................................................... 7-06
08. PESCADO .................................................................................................................... 8-01
8-1 INTRODUÇÃO........................................................................................................ 8-01
8-2 PESCADO RESFRIADO......................................................................................... 8-01
8-3 PESCADO CONGELADO...................................................................................... 8-01
8-4 PROPRIEDADES TÉRMICAS DO PESCADO..................................................... 8-01
8-5 PERFIL DE TEMPERATURA................................................................................ 8-03
8-6 PROGRAMA COMPUTACIONAL........................................................................ 8-03
7. PREFÁCIO
Esta publicação destina-se auxiliar estudantes e profisionais, a relacionar o estudo teórico
da refrigeração, com a aplicação prática na indústria.
O Capítulo 1 envolve conhecimentos prévios fundamentais para o estudo da refrigeração,
facilitando um melhor entendimento. Os demais capítulos relacionam-se entre sí,
apresentando problemas práticos resolvidos e propostos do ramo da refrigeração.
O Capítulo 2 descreve aspectos termodinâmicos, químicos e físicos importantes dos
refrigerantes. Os refrigerantes são utilizados como agente na remoção de calor nos sistemas
de refrigeração: na conservação e processamento de alimentos; na climatização de ambientes;
na dissipação de calor de equipamentos e entre outras inúmeras aplicações.A amônia devido a
suas características têm se imposto, como preferido, na seleção dos fluidos refrigerantes
utilizados nas instalações industriais.
Os ciclos de refrigeração por compressão mecânica de vapor são os mais usados na
prática, e são apresentados nos Capítulos 3 e 4. Nestes são estudados os efeitos das
temperaturas, na eficiência dos sistemas através dos balanços térmicos.
No Capítulo 5 são estudados os sistemas de refrigeração por absorção. Estes se
caracterizam pelo uso maior da energia térmica em substituição à elétrica e, pela simplicidade
por não possuir partes móveis. Atualmente estes sistemas estão cada vez mais difundidos,
sendo construídas desde pequenas unidades empregadas em refrigeradores domésticos e ar
condicionado, até grandes unidades indústrias.
No Capítulo 6 se estuda as propriedades do ar úmido e os processos de
acondicionamento do ar. Para a solução dos exercícios são utilizados os métodos analíticos
e/ou gráficos.
Os Capítulos 7, 8, 9 e 10 tratam do estudo da carga térmica dos alimentos na
refrigeração, congelamento e armazenagem.
A maioria dos conteúdos abordados neste livro, procedem de vários autores citados no
final de cada capítulo, porém diferenciam-se pela forma simples e objetiva aplicada.
Gilberto A. Corrêa
8. PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DE
TERMODINÂMICA E DE TRANSMISSÃO DE 1
CALOR
1.1 INTRODUÇÃO especializadas que ainda predominam estas
unidades, ainda são bastante utilizadas.
É de vital importância para o profissional que trata Sem dúvida, se apresenta uma grande confusão
de problemas térmicos, a compreensão dos princípios quando se trabalha com distintos sistemas de
básicos de termodinâmica e da transmissão de calor. O unidades, a tendência é a utilização de um sistema
propósito deste capítulo é revisar alguns aspectos único que é o Sistema Internacional (SI).
fundamentais. Neste último a unidade de massa é o
quilograma (kg), que está referenciado a uma
1.2 PROPRIEDADES TERMODIÂMICAS quantidade padrão de material. A unidade de força
é o Newton (N), que é a intensidade de uma força
Uma propriedade termodinâmica é qualquer necessária para acelerar em 1 m/s² uma massa de
característica medível, observável ou calculada de uma um quilograma. A massa (m), força (F) e
substância, que depende somente do estado da mesma aceleração (a) estão relacionadas pela segunda lei
substância. do movimento de Newton:
1.3 SISTEMA DE UNIDADES F m.a (1.1)
Os sistemas de unidades de uso corrente em O sistema padrão de unidades é o sistema
refrigeração no Brasil é o sistema métrico, no Internacional (SI). Os outros sistemas de unidades
entanto a preponderância da tecnologia norte- como o sistema inglês, relacionam-se ao SI
americana que coexiste entre nós, ou a européia mediante fatores de conversão simples (Tabela
que utiliza igualmente as unidades inglesas, 1.1).
principalmente as publicações técnicas
Tabela 1.1 - Fatores de conversão de unidades
Grandezas/Dimensão Sistema Inglês Sistema métrico Sistema
Internacional
Massa M 1lb=0,454 kg kg kg
Comprimento L 1ft=0,3048m m m
Tempo T s s s
1lbf=32,2 lb.ft/s² 1kgf=9,81 kgm/s² 1 N= 1kg.m/s²
Força MLT-2
1lbf=0,454 kgf 1kgf=9,81N
1psi=14,7lbf/in² 1kgf/cm²=98,1kN/m² 1Pa=1,0N/m²
Pressão ML-1T-2
1psi=0,07031kgf/cm² 1 kgf/cm²=735,56 mmHg 1atm=1,01325x105Pa
Volume específico M-1L3 ft³/lb 1m³/kg=6,24E-2 ft³/lb m³/kg
Temperatura relativa °F=9/5(°C) +32 °C=5/9(°F-32) °C
Temperatura absoluta R=°F+460 K=°C+273 K=°C+273
Trabalho ML²T-2 1lbf.ft=0,1383kgf.m 1kgf.m=9,81J 1J=1Nm=1W.s
Calor ML²T-2 1Btu=0,252kcal 1kcal=4,1855kJ kJ
Equivalência Calor-Trabalho 1 Btu =778 lbf.ft 1 kcal=427 kg.m 1 kcal=4187J
Constante universal dos gases R=1545 lbf.ft/lbmol.R R=848 kgf.m/kmol.K R=8,314kj/kmol.K
Calor específico 1Btu/lb°F=4,186kJ/kg.K 1kcal/kgK=1Btu/lb°F kJ/kg.K
Potência 1HP=746W 1HP=1,014CV kW
1.4 VOLUME ESPECÍFICO, MASSA e sua unidade no SI é o m³/ kg. A massa específica
ESPECÍFICA E PESO ESPECÍFICO. ou densidade, ρ, é o inverso do volume específico.
O peso específico, γ, de uma substância é o seu
O volume específico, v, de uma substância é o peso (G) por unidade de volume, e sua unidade no
quociente entre o seu volume (V) e sua massa (m), SI é o N/m³. γ = G/V = m.g/V (g = 9,81 m.s-2)
9. E 1.1 Qual é a massa de ar contida em um recinto
de dimensões 4x6x3 m, se o volume específico do
ar é de 0,83 m³/kg?
Solução
O volume do recinto é de 72 m³, de modo que a
massa de ar contida deve ser
V 72m 3
m 86,7kg
v 0,83m 3 / kg
Densidade relativa (dr) é o quociente da densidade Figura 1.1 Diagrama comparativo das pressões
de uma substância, em relação a densidade de um 1.6 TEMPERATURA
material de referência. A gravidade específica
geralmente significa densidade relativa em relação A temperatura é uma grandeza física que mede
à água (destilada a 4ºC) com ρ = 1kg/m³. O termo o estado de agitação das partículas de um corpo ou
"densidade relativa" é muitas vezes preferido no substância, caracterizando o seu estado térmico. A
uso científico moderno. temperatura de uma substância pode ser expressa
em unidades relativas ou absolutas. A temperatura
1.5 PRESSÃO absoluta é uma propriedade termodinâmica A
temperatura de fusão do gelo se dá em um valor
Pressão é a força que exerce por unidade de área arbitrário de 0 grau Celsius (°C) e, 100 °C para a
no contorno de uma substância. A unidade de água em ebulição, a 1 atm de pressão.
pressão é o N/m², denominado pascal (Pa). Em Por meio da segunda lei da termodinâmica,
engenharia, as pressões são conhecidas como podemos provar que existe uma “temperatura
pressões absoluta, relativa ou a vácuo. A pressão mínima concebível”. Esta temperatura é o zero
absoluta é uma propriedade termodinâmica. A absoluto, e qualquer temperatura medida a partir
pressão relativa é obtida através da leitura de um dela é uma temperatura absoluta. A escala Celsius
instrumento (manômetro, manovacuômetro ou absoluta (chamada Kelvin, K) se utiliza para
vacuômetro). A Figura 1.1 mostra esquematizado expressar temperaturas absolutas no Sistema
um diagrama comparativo. Internacional. A temperatura absoluta é calculada
Se a pressão relativa (ou manométrica) é maior mediante:
que a pressão atmosférica (ou barométrica), a
pressão absoluta é a soma das pressões relativa e K C 273,16 (1.2)
atmosférica. E 1.4 O ponto de ebulição da água em condições de
p_manométrica < p_absoluta pressão atmosférica padrão (1 bar) é 100 ºC.
p_absoluta = p_manométrica + p_atmosférica Exprimir esta temperatura em Kelvin (K):
E 1.2 T = 100 + 273,16 =373,16 K
Pressão relativa (ou manométrica) = 2 bar
Pressão atmosférica (ao nível do mar) = 1 bar O ponto de ebulição ou temperatura de ebulição
Pressão absoluta = 2 + 1 = 3 bar é a temperatura em que uma substância passa
do estado líquido ao estado gasoso.
Quando a pressão relativa (de vácuo) é menor
que a atmosférica, a pressão de vácuo é a diferença
1.7 UNIDADES DE CALOR E POTÊNCIA
entre a pressão atmosférica e a pressão absoluta,
esta é comumente expressa em mmH2O. A pressão Calor (Q) é uma quantidade de energia térmica
atmosférica (1 atm padrão) vale 1,01x10 5 N/m². transferida. Quando o calor entra em uma
pvácuo < patmosférica substância, ele aquece, e quando sai da substância,
pvácuo = patmosférica - pabsoluta ele esfria. Para determinar a quantidade de calor
E 1.3 relacionamos a massa dessa substância, a existência
Pressão atmosférica (ao nível do mar) = 1 bar a uma diferença de temperatura.
Pressão absoluta = 3 bar
Pressão de vácuo = 1 - 3 = -2 bar Q α m Δt
A unidade utilizada no SI do calor é o
quilojaule, kJ, definida como a quantidade de calor
10. necessária para elevar em 1°C a temperatura de 1
5 0º C 969,2kJ
kJ
kg da substância. Qs 100kg 1,9384
c kg º C
Esta proporcionalidade podemos transformar
x0 2º C 837,36kJ
kJ
em uma igualdade utilizando um coeficiente Q s 100kg 4,1868
conhecido por calor específico, c. r kg º C
Latente:
Q m.ct 2 t 1 (1.3) kJ
Q l 100kg 335 33500 kJ
O calor específico (cp à pressão constante ou cv kg
à volume constante) na maioria das substâncias O calor retirado das verduras é a soma das três
varia com a temperatura, porém se podem utilizar parcelas -35306,56 kJ
valores médios, c, em intervalos limitados de A taxa de transferência de calor proporcionado
temperatura. pelo gelo,
E 1.5 Qual é a taxa de transferência de calor em um
resfriador de água se 0,4 kg/s de água entram a 35306,56kJ 0,408641 kW 408,641 W
Q
s
20°C e deixam a 9°C? 24h 3600
Solução h
Como a pressão da água permanece essencialmente A taxa de calor fornecida pelas verduras é
constante, o cp pode ser utilizado. A quantidade de conhecida por Carga Térmica do Produto(Qp), e a
energia retirada por quilograma de água é obtida capacidade do gelo de retirar este calor é chamada
pela Eq. (1.3) onde o cp vale 4,19 kJ/kg.K no caso de Potência Frigorífica (Pf).
da água e m 0,4 kg / s .
Trabalho é a energia transferida entre um
0,4 kg/s x 4,19 kJ/kg.K x (20-9)°C = 18,44 kJ/s sistema e um meio ambiente quando algum deles
exerce uma força sobre o outro ao longo de certa
Q 18,44 kW distância. A unidade de trabalho no Sistema
Internacional é o Nm, chamado joule (J). A
Em cálculos de refrigeração se considera com Potência se define como a velocidade a qual se
freqüência dois tipos de calor: executa este trabalho. A unidade básica é o J/s,
Calor sensível, que é o calor trocado pela chamado watt (W). A unidade corrente que
substância envolvendo variação na sua temperatura; expressa a capacidade nos sistemas de refrigeração
Calor latente, que é o calor trocado que envolve é a tonelada de refrigeração (TR), onde 1 TR vale
variação de fase da substância. 3,51 kW.
E 1.6 Em uma câmara frigorífica foram colocados 1.8 PRIMEIRA E SEGUNDA LEI
100 kg de gelo a -5°C para esfriar alguns vegetais. DA TERMODINÂMICA
Vinte e quatro horas mais tarde, o gelo se fundiu
ficando a água a 2°C. Se o calor específico do gelo A termodinâmica se baseia em dois princípios
é 1,9384 kJ/kg°C, o calor de fusão é 335 kJ/kg, e o empíricos chamados a primeira e a segunda lei da
calor específico da água é 4,1868 kJ/kg°C, qual é a termodinâmica.
taxa de transferência de calor proporcionado pelo A primeira lei da termodinâmica estabelece
gelo? uma equivalência entre o trabalho e o calor trocado
Nota: a câmara frigorífica referida é um depósito de entre um sistema e o seu meio exterior, cujo
alimentos refrigerados somente com gelo. enunciado pode ser em um sistema fechado: A
variação da energia interna de um sistema é igual à
Solução diferença entre o calor e o trabalho trocado.
O calor retirado das verduras, proporcionado
pelo gelo envolve duas parcelas de calor sensível, Q W U (1.4)
uma antes e outra depois da fusão do gelo, e uma de
calor latente durante a fusão do gelo. Admitindo a Q recebido + W recebido –
temperatura de fusão do gelo 0°C, Q fornecido - W efetuado +
Sensíveis antes e depois da fusão: Por unidade de massa:
q w u 2 u1 (1.5)
11. Para um sistema em movimento (aberto), onde pv – energia potencial de fluxo associado ao campo
fica implícita a conservação da energia contida em de forças do escoamento.
um volume de controle, supondo fluxo estacionário. c²/2 – energia cinética.
É calculada mediante: gz – energia potencial gravitacional.
Q W me1 e 2 0
(1.6) Na análise de alguns processos específicos, as
duas últimas parcelas costumam ser negligenciada
A segunda lei da termodinâmica estabelece em presença das demais, de modo que a equação
as condições em que é possível a transformação de (1.6) pode ser rescrita na forma:
calor em trabalho. A conversão de calor em energia
mecânica é conseguida por meio de uma máquina Q W m[u 2 u1 p1v1 p 2 v 2 ]
(1.9)
térmica, cujo enunciado (Kelvin e Planck) pode ser:
É impossível construir uma máquina térmica que, Uma combinação de propriedades
operando em ciclo, transforme em trabalho todo o termodinâmicas ocorre quando temos um processo
calor recebido de uma fonte. à pressão constante que denominamos de entalpia
Como conseqüência da segunda lei da (h) e que é a soma (u+pv), e se dividirmos pela
termodinâmica estabelece o conceito de entropia. A vazão mássica teremos:
entropia se define mediante a seguinte equação:
q w h 2 h1 (1.10)
dQ (1.7)
dS (processo reversível) Onde h = entalpia, em kj / kg; u = energia
T
A entropia procura mensurar a parcela de interna, em kJ / kg; p = pressão, em N/m²; v =
energia que não pode mais ser transformada em volume específico, em m³/ kg. A importância da
trabalho, em transformações termodinâmicas. O entalpia se deve a sua presença em todos os
calor é a forma mais evidente de se fazer a entropia problemas em fluxo estacionário.
do sistema variar (aumentar o micro estado A entropia, como a entalpia, é uma
significa desperdiçar energia que poderia ser propriedade matemática que não é evidente por
aproveitada como trabalho), ao passo que a troca de medições diretas. Em engenharia, a entropia é útil
energia mediante trabalho por si só não implica na solução de problemas que incluem processos
variação da entropia. isotérmicos ou adiabáticos reversíveis. Em
Em sistemas mais complexos, o que inclui as termodinâmica mais avançada, se usa entropia
transformações irreversíveis é quase sempre como um critério de equilíbrio, através de análises
produzida dentro do próprio sistema, e a variação exergéticas.
total na entropia destes sistemas é igual à soma de
dois termos: a entropia produzida e a entropia 1.10 O GAS PERFEITO
trocada com a vizinhança.
A entropia trocada equivale, conforme descrito, Uma equação de estado expressa a relação
à integral de dQ/T, sendo sempre nula quando a entre a pressão, o volume específico e a
transformação é adiabática. Já a entropia produzida temperatura de uma substância. No caso de um gás
vale zero apenas quando o processo é reversível, perfeito:
sendo sempre positiva em transformações
irreversíveis. pv RT (1.11)
1.9 ENERGIA ESPECÍFICA, ENTALPIA E A constante do gás, R, varia para os diferentes
ENTROPIA. gases. A equação (1.11) é satisfatória para gases
reais a relativamente altas temperaturas e baixas
Como resultado da primeira lei da pressões; em cálculos do ar úmido este se comporta
termodinâmica, obtivemos o conceito da como um gás perfeito.
propriedade de energia interna. A energia Para os gases perfeitos podemos deduzir
específica do escoamento (Eq. 1.8) inclui todos os muitas relações que incluem calores específicos.
tipos de energia armazenadas em suas moléculas Para qualquer processo, podemos provar que a
energia interna é função só da temperatura e é
expressa por:
c2
e u pv gz (1.8)
2 u 2 u1 cv t 2 t1 (1.12)
Onde temos:
u – energia interna (devido ao movimento e/ou
forças intermoleculares).
12. O mesmo, a variação de entalpia é para m x cp x m y cp y
qualquer processo: cp (1.20)
m
h 2 h1 cpt 2 t1 (1.13)
1.12 PROPRIEDADES DA ÁGUA E DO
VAPOR
Uma relação útil entre cp e cv para um gás
perfeito é: É essencial para o engenheiro, uma
cp cv R (1.14) compreensão das propriedades da água. O vapor de
água é uma constituinte da atmosfera, importante
1.11 MISTURAS DE GASES PERFEITOS no cálculo da climatização de ambientes. As
propriedades termodinâmicas da água, no estado de
O engenheiro de refrigeração trata vapor e de líquido, podem ser encontradas em
continuamente com misturas gasosas. Nesta seção, tabelas e gráficos em literatura especializada, como
recordemos alguns conceitos básicos sobre a os fornecidos pela ASHRAE Handbook of
mistura de gases perfeitos. Fundamentals.
Consideremos primeiro um volume dado de Podemos calcular o volume específico, entalpia
uma mistura de dois gases perfeitos x e y, onde e entropia de uma mistura se conhecer o título x, ou
cada gás ocupa o volume total V, e cada gás está à seja, kg de vapor saturado por kg de mistura. As
mesma temperatura T. Posto que estejam tratando equações seguintes são evidentes:
de gases perfeitos, não há interação entre eles e
cada um cumpre separadamente com a equação v 1 x v l xv v
(1.11). Podem-se aplicar as seguintes relações: h 1 x h l xh v
m mx my
s 1 x s l xs v
V Vx Vy
T Tx Ty 1.13 A EQUAÇÃO DA ENERGIA EM
FLUXO ESTACIONÁRIO
p px py
Posto que se suponha que cada gás se comporta A maioria dos processos termodinâmicos são
como se o outro não estivesse presente, temos de processos de fluxo estacionário com respeito ao
acordo com a equação (1.11): tempo. A equação da energia em fluxo
estacionário, pela primeira lei da termodinâmica, a
px V mx R x T soma de todas as energias que entram em um
(1.15) sistema deve ser igual à soma de todas as energias
pyV myR yT (1.16) que saem do sistema. Ou seja:
e para a mistura de todos os gases, V12 V2
m(h 1
z1 ) Q m(h 2 2 z 2 ) W (1.21)
2g 2g
pV mRT (1.17) Onde a entalpia é
das equações (1.15) - (1.17), temos: h u pv (1.22)
Na maioria dos problemas de engenharia, muito dos
R
m x R x m y R y (1.18)
termos são desprezíveis ou não existem.
m
E 1.17 Determine a potência necessária, para
A constante da mistura de gases perfeitos é a comprimir em processo isentrópico (adiabático e
média ponderada das constantes dos componentes. sem atrito) 0,204 kg/s de vapor de amônia saturada,
Quando os gases se misturam adiabaticamente, desde 1,44 bar até 4 bar (pressões absolutas), em
sem haver nenhum trabalho, a primeira lei da um processo de fluxo estacionário.
termodinâmica requer que a entalpia do sistema Solução
permaneça constante. Ou seja, podemos escrever, A equação (1.21) para fluxo estacionário,
desprezando a energia cinética e potencial de
m x h x m y h y posição (pequenas). A potencia do compressor
h (1.19) W m h 2 h1
(a)
m
Com a pressão p1= 1,44 bar pode ser
E para o calor específico cp:
determinada na Tabela 2.1 da amônia saturada a
entalpia h1= 1409,51 kJ/kg e a entropia do vapor S1
= 5,71 kJ/kg.K
13. Como o processo é isentrópico S1=S2 conforme Fig. 1.2, retrata a terminologia que define
Com a p2= 4 bar e S2= 5,71 kJ/kg.K determinamos os estados de uma substância pura, onde o título x
na Tabela 2.2 da amônia de vapor superaquecido a representa a relação entre a massa de vapor e a
entalpia h2= 1543,38 kJ/kg massa total.
As entalpias h1 e h2 podem também serem
determinadas em diagramas:
Temperatura e Entropia (T x S)
Pressão e Entalpia (p x h)
Substituindo em (a), determinamos a potência do
compressor
(0,204 kg/s) (1543,38-1409,51kJ/kg) = 27,31 kW
Nota: A potência ( W ) nos sistemas de refrigeração
é chamada de potência mecânica (Pm)
1.14 FATOR DE COMPRESSIBILIDADE
DOS GASES REAIS
Quando a equação de estado dos gases perfeitos
não oferece precisão satisfatória, é necessário o
desenvolvimento de uma equação de estado
específica da substância, ou o emprego de uma
genérica, como a do uso do fator de
compressibilidade (Z), definido como a razão entre
o volume ocupado por um gás, e o volume ocupado
por um gás perfeito de mesma natureza molecular,
nas mesmas condições de pressão e temperatura.
v
Z (1.23)
v ideal
Assim utilizando diagramas generalizados
determinamos o fator de compressibilidade como
função de suas propriedades reduzidas (pressão e
temperatura), sendo que:
p T Figura 1.2 – Método de obtenção dos diferentes
pr e Tr (1.24) estados de uma substância pura
pc Tc
Onde a pressão reduzida é função da pressão de
Repetindo-se a experiência para diferentes pressões
operação e da pressão crítica e a temperatura
e com a equação de estado, seus resultados
reduzida função da temperatura de operação e da
permitirão obter tabelas (propriedades do fluido
temperatura crítica conforme equação (1.24).
saturado e superaquecido) ou diagramas (Fig. 1.3)
Portanto a Eq. (1.11) fica assim corrigida para o gás
que apresentam a relação entre as propriedades
real:
termodinâmicas, bem como permite visualizar os
pv ZRT (1.25)
processos que ocorrem com as substâncias. As
Muitas outras equações de estado foram tabelas dos principais fluidos utilizados em
desenvolvidas para relacionar as propriedades refrigeração encontram-se em anexo, assim como
termodinâmicas. Para simplificar a obtenção destas exemplos de sua utilização.
correlações foram construídas tabelas de
propriedades termodinâmicas para as substâncias
utilizadas.
1.15 ESTADOS DE UMA SUBSTÂNCIA PURA
Uma substância pura aquecida à pressão
constante em um cilindro provido de um pistão
14. propriedades); temperaturas operacionais
satisfatórias (levando em conta os custos)
3 Climatização Ambiental
Ocorrem em projetos térmicos que necessitam
manter o controle de temperatura, umidade, pureza
e movimentação do ar, em conjunto ou
separadamente, numa faixa muito restrita de
Figura 1.3 – diagramas esquematizados pxh e Tx S variação de valores, sem comprometer a sua
aplicação. Inúmeras são as aplicações que exigem
EXERCÍCIO PROPOSTO este controle. Como exemplo: processamento de
produtos e conservação, na medicina, no
1. Determinar as propriedades termodinâmicas (p, resfriamento de reatores e mesmo em naves
v, h, S) para a água e a amônia para o estado líquido espaciais, entre muitos.
saturado e vapor saturado à temperatura de 35°C.
Use as tabelas e os diagramas. 1.17 CONDUÇÃO
1.16 TRANSFERÊNCIA DE CALOR A condução térmica se define mediante a
relação de Fourier, para um problema
A transferência de calor pode ser definida como unidimensional na direção x.
a transferência de energia de uma região para outro
como resultado de uma diferença de temperatura
Q dQ x dT
qx k (1.26)
entre elas. A análise de transferência de calor é feita A Ad dx
a partir das equações de conservação de massa e
energia, da segunda lei da termodinâmica e de três Isto é, o fluxo de calor qx (W/m²) por unidade de
leis fenomenológicas que descrevem as taxas de área é proporcional ao gradiente de temperatura
transferência de energia em condução, convecção e dT/dx (K/m). A constante de proporcionalidade k
radiação. Quando em um sistema com transferência (W/mK) se denomina condutividade térmica do
de calor não há variação de temperatura com o material e dQx/dθ (W) a taxa de transferência de
tempo o regime é considerado permanente, no caso calor na direção x normal a área A (m²).
de variação de temperatura o regime é não A quantidade de energia transportada é
permanente ou variável. molecular. A energia se transporta de uma região de
alta temperatura a uma de baixa temperatura devido
Porque é importante o conhecimento da ao movimento molecular.
transferência de calor na Refrigeração? A condutividade térmica k é uma propriedade
do material e indica a quantidade de calor que fluirá
Nós podemos analisar três classes de problemas através de uma área unitária se o gradiente de
encontrados na engenharia da refrigeração. temperatura for unitário. A condutividade térmica
varia com a temperatura, com o material e com o
1 Isolamentos Térmicos - estado de agregação do mesmo. As ordens de
grandeza da condutividade térmica de varias classes
O objetivo deste tipo de projeto térmico é de materiais estão mostrados na Tabela 1.2.
minimizar a taxa de transferência de calor, Tabela 1.2. Ordem de grandeza da condutividade
considerado como uma carga térmica, com um térmica
custo a ser reposta por um sistema de refrigeração. Material W/m K Kcal/h.m.°C
O projeto depende do meio e restrições geométricas Gases à pressão
de transferência de calor, e de fatores econômicos 0,0069-0,17 0,006-0,15
atmosférica
de investimento e retorno, na aplicação do Materiais
isolamento térmico. 0,034-0,21 0,03-0,18
isolantes térmicos
Líquidos não-
2 Aumento da Taxa de Transferência de Calor 0,086-0,69 0,07-0,60
metálicos
Sólidos não-
No projeto de equipamentos de troca térmica o 0,034-2,6 0,03-2,20
metálicos
objetivo é aumentar a taxa de transferência de calor,
Metais líquidos 8,60-76,0 7,5-65,0
para isto deve ser levado em conta: os fluidos
Ligas 14,0-120,0 12,0-103,0
envolvidos (escoamento, propriedades e
Metais puros 52,0-410,0 45,0-360,0
temperaturas); materiais (geometria e
15. 1.18 RADIAÇÃO 1.19 CONVECÇÃO
A radiação térmica é a energia emitida pela A transferência de calor pela convecção
matéria (sólida, líquida ou gasosa) que estiver numa compreende dois mecanismos. Além da
temperatura finita. Independente do estado da transferência de energia provocada pelo movimento
matéria, a emissão pode ser atribuída as molecular aleatório (difusão), a energia se
modificações eletrônicas dos átomos ou das transfere pelo movimento de massa do fluido.
moléculas que a constituem, onde a energia do Os problemas práticos de convecção tratam da
campo de radiação é transportada por ondas transferência de calor entre o fluido e uma
eletromagnéticas independente de qualquer meio superfície sólida. Os processos reais de
material, ocorrendo com maior eficiência no vácuo. transferência de calor incluem condução tanto como
O fluxo máximo (W/m²) que pode ser emitido convecção. A Fig. 1.4, apresenta o escoamento de
por uma superfície é dado pela lei de Stefan- um fluido sobre uma superfície aquecida.
Boltzmann.
Q rmáx (1.27)
.TS4
A
Onde “σ” é a constante de Sefan-Boltzmann e vale Figura 1.4 – Desenvolvimento da camada limite
5,6697E-8 W/(m²K4). Esta superfície é denominada na transferência convectiva de calor
um radiador ideal ou um corpo negro. O fluxo de
calor emitido por uma superfície real é menor que o Independente da natureza particular do processo
emitido por um radiador ideal e dado por de transferência de calor convecção, a equação é:
Qr (1.28)
Qc
..TS4 qc h c Ts Tf (1.33)
A A
onde “ “ a emissividade é uma propriedade Esta expressão é conhecida como lei de Newton
radioativa da superfície, indicando a eficiência da do resfriamento e a constante de proporcionalidade
emissão da superfície em comparação com o maior hc (W/m².K) é conhecida como coeficiente de
radiador ideal. Inversamente, se houver incidência transferência convectivo de calor, ou condutância
de radiação sobre uma superfície, uma parcela será da película, ou coeficiente de película. Em
absorvida e a taxa na qual a energia é absorvida particular este coeficiente depende das condições na
pela unidade de área superficial pode ser calculada camada limite, ou são influenciados pela geometria
mediante o conhecimento de uma propriedade da superfície, pela natureza do movimento do fluido
radiativa da superfície denominada de e por um conjunto de propriedades termodinâmicas
absortividade “ “. e de transporte do fluido. Isto é, o fluxo de calor qc
(W/m²) por unidade de área é proporcional ao
Q r (abs) Q r (inc) (1.29) coeficiente de transferência de calor (W/m².K) e a
diferença entre a temperatura da superfície ts e a
temperatura do fluido tf. A análise da transferência
A determinação da taxa líquida na qual a de calor por convecção baseia-se na determinação
radiação é trocada entre superfícies, admitindo de hc. Na determinação deste coeficiente, alem das
(superfície cinzenta) é:
temperaturas envolvidas na transferência de calor,
Q A T 4 T 4 (1.30) depende também para sua operação, do transporte
r S VIZ
mecânico de massa.
Em muitas aplicações é conveniente exprimir a A superfície na vizinhança pode também
troca líquida de radiação térmica na forma: transferir calor, simultaneamente por convecção e
radiação. A taxa de calor é então a soma das taxas
Q r h r ATs Tviz
(1.31) térmicas dos dois modos:
onde o coeficiente de transferência radiativa de q q c q r (1.34)
calor é:
h r .TS TVIZ TS2 TVIZ
2
(1.32)
16. Observa-se que a taxa de transferência de calor é A variação da energia acumulada se deve a
igual o produto do fluxo de calor pela área variação da temperatura.
superficial.
A Tabela 1.3 mostra valores médios de transmissão dE acumulada d
de calor por convecção encontrados na prática.
E acumulada mcT (1.36)
dt dt
Tabela 1.3 Valôres médios de hc (W/m².K)
1.21 A EQUAÇÃO DA DIFUSÃO DE CALOR
Ar , em convecção natural 6 - 30
Vapor ou ar, superaquecido, em
30 - 300
convecção forçada Ao definirmos um volume de controle
Óleo, em convecção forçada 60 - 1800 infinitesimal (Fig. 1.6) e identificamos o processo
Água, em convecção forçada 300 - 6000 de transferência de energia relevante, introduzimos
Água, em ebulição 3000 - 60000 as equações de taxa de transferência apropriadas, na
Vapor, em condensação 6000 - 120000 existência de um gradiente de temperaturas. O
resultado é uma equação diferencial cuja solução
com condições de contorno dadas, dá a distribuição
1.20 CONSERVAÇÃO DA ENERGIA de temperaturas no meio. As taxas de condução de
calor perpendicular, a cada uma das superfícies de
A diferença da taxa de energia térmica e controle nos pontos de coordenadas cartesianas, são
energia mecânica que entram e saem simbolizadas pelos termos qx, qy e qz.
respectivamente num volume de controle, mais a
taxa de energia térmica gerada no interior do
volume de controle, é igual à taxa de variação de
energia armazenada no interior do volume de
controle. A Fig. 1.5 mostra um volume de controle
e analisa a aplicação da conservação de energia.
Figura 1.5 – Conservação da energia num volume
de controle. Figura 1.6 – Volume de controle unidimensional
Aplicando as equações 1.35 e 1.36, onde a energia
E entrada E gerada E saída E acumulada de entrada e de saída representa a taxa de
transferência de calor para cada componente x, y e
(1.35) z, obtêm-se:
As taxas de energia de entrada e saída são (1.37)
fenômenos de superfície. A situação mais comum
envolve entrada e saída são de energia em virtude Substituindo as taxas de condução de calor pela
da transferência de calor pelos modos condutivo, aplicação da lei de Fourier e simplificando (sem
convectivo ou radioativo. Em situações que geração de energia interna) obtemos a equação da
envolvam escoamento de fluidos para dentro e/ou difusão de calor:
para fora do volume de controle incluem também
energia transportada (potencial, cinética ou
térmica), podendo também envolver interações do .Cp. kx ky kz
tipo trabalho. t x x y y z z
(1.38)
A taxa de energia térmica gerada está associada
a conversão da forma de energia (química, elétrica, Onde:
eletromagnética ou nuclear) dentro do volume, x, y, z, t Tx, y, z, t T
portanto é um fenômeno volumétrico. T = Temperatura média do sólido
17. Com este balanço (1.38) não tem solução
analítica exata, duas ações gerais foram
desenvolvidas para resolvê-lo: os Métodos
Numéricos e os Métodos Simplificados.
1)Métodos Numéricos: Uso de dados experimentais
ou equações teóricas para predição de propriedades
térmicas. O balanço (1.38) é resolvido por métodos
numéricos de diferenças finitas, elementos finitos
ou colocação ortogonal.
2)Métodos Simplificados: Uma série de
simplificações é feita para a equação (1.38) de
modo que o resultado é obtido por um método
(analítico ou gráfico), aproximado.
Os métodos analíticos e gráficos utilizados
para determinar a história da distribuição de
temperaturas em processo que ocorrem em corpos
com configuração unidirecional e a transferência de
calor total associada a estes processos, permitem
que suas soluções possam ser combinadas de modo
a produzir a solução dos problemas de condução
transitória em corpos com geometria como a de um
paralelepípedo (Bejan,2004)
As taxas de condução de calor, em cada uma
das superfícies opostas, podem ser expressas numa
expansão em série de Taylor, desprezando-se os
termos de ordem superior à primeira.
Este paralelepípedo pode ser tratado como a
interseção de três planos mutuamente
perpendiculares. Assim:
x, y, z, t x, t y, t z, t
. . (1.39)
i xi yi zi
A solução do problema x, y, z, t é igual ao
produto das soluções unidimensionais:
x, t . y, t . z, t
REFERÊNCIAS:
BEJAN, A., 2004, Convection heat transfer.
Willey, 694 p.
HOLMAN, J.P. Termodinâmica, McGraw-Hill,
México, 1975.
INCROPERA, F.P., DEWITT, D.P.,
2002..Fundamentos de Transferência de Calor e de
Massa. 5ª ed.., LTC- Livros Técnicos e
Científicos,p 698p.
MORAN, M. J., SHAPIRO, H. N., 2002, Princípios
de Termodinâmica para Engenharia. Ed. LTC 4ª
edição. 681p.
18. REFRIGERANTES 2
2.1 INTRODUÇÃO R11 Tricloromonofluormetano CCl3F
(compressores centrífugos – vazões grandes).
Em qualquer processo de refrigeração, a R12 Diclorodifluormetano CCl2F2 (compressores
substância empregada como absorvente de calor ou alternativos – pressões cômodas).
agente de esfriamento é chamado de refrigerante. 2- compostos inorgânicos –refrigerantes naturais.
Em geral esta substância é empregada como um Exemplo: R717 Amônia; R718 Água; R729 Ar;
fluido de trabalho para a transferência de calor num R744 Dióxido de carbono CO2; R764 Anidrido
sistema de refrigeração. sulfuroso SO2.
3- hidrocarbonetos - Operam em indústria de
2.2 EFEITO DA TEMPERATURA E PRESSÃO petróleo e petroquímica. Exemplo: R50
corresponde ao Metano CH4; R170 ao Etano CH3-
Todos os fluidos são afetados simultaneamente CH3; R290 ao Propano CH3-CH2-CH3.
pelas temperaturas e pressões. Para ilustrar estes 4- misturas azeotrópicas – São substâncias não
efeitos utilizaremos a água que foi o primeiro separáveis por destilação, se evapora e se condensa
refrigerante utilizando máquinas que baixavam a como substância simples com propriedades
pressão do vapor d’água e apressavam sua diferentes dos seus constituintes. Como exemplo o
evaporação. R502 utilizado em ar condicionado de veículos
A água é líquida na pressão atmosférica normal corresponde a 48,8% de R22 e 51,2% R115.
(1bar) para todas as temperaturas entre 0 ºC e 100
ºC. Para valores inferiores a 0 ºC a água congela A Figura 2.1 mostra um ciclo de refrigeração,
mudando do estado líquido para sólido, e acima de onde o fluido primário remove a carga térmica
100 ºC vaporiza. diretamente.
A medida que diminuímos a pressão da água
reduzimos a sua temperatura de vaporização e vice-
versa. A mesma tendência ocorrem com todos os
fluidos, diferenciando-se um dos outros, os valores
simultâneos de pressão e temperatura.
2.3 CALOR LATENTE
Uma outra característica importante é que
durante as mudanças de estado dos fluidos puros, a Figura 2.1 Refrigeração direta
temperatura e a pressão permanecem constantes.
Tanto a vaporização ou a condensação dependem 2.6 FATORES A CONSIDERAR NA
respectivamente do calor fornecido ou removido ESCOLHA DE UM REFRIGERANTE
conhecido como calor latente.
Termodinâmicos: (1) Pressões do evaporador e do
2.4 CLASSIFICAÇÃO condensador deve ser pequeno a fim de reduzir o
trabalho de compressão, e de preferência superior a
Segundo a norma 34 - 1992 da American pressão atmosférica. (2) Ponto de congelamento.
Society of Refrigeration Engineers (ASRAE), o Não deve congelar-se às temperaturas mais baixas
fluido refrigerante é designado pela letra R seguida do processo. (3) Pequena vazão em volume de
por um número que os identifica, classificando-os vapor refrigerante que o compressor deverá
em Primários e Secundários. comprimir por TR. (4) O coeficiente de
funcionamento deve-se comparar com o valor
2.5 REFRIGERANTES PRIMÁRIOS máximo possível correspondente ao ciclo de
Carnot.
São os que apresentam mudanças de fase na troca Químicos: (1) Inflamabilidade; (2) Toxidade; (3)
térmica. Estes refrigerantes são divididos em Reação com os materiais de construção; (4) Danos
grupos: aos produtos refrigerados.
1 – compostos halocarbônicos – São refrigerantes Físicos: (1) Tendências as fugas (fácilmente
que contém um ou mais dos seguintes halogênios: dectados); (2) Viscosidade e condutividade térmica
cloro, flúor e bromo. Exemplo:
19. 2-2
devem ser altas; (3) Ação sobre o óleo inflamável sob certas condições. Compostos de HC
(missibilidade); (4) Custo e a Preferência pessoal. são altamente inflamáveis
Todos os refrigerantes em uso têm uma ou mais Na analise de sitemas de refrigeração usamos as
características indesejáveis e, dependendo das propriedades dos fluidos refrigerantes A tabela 2.1
condições de uso este se aproxima do ideal. mostra as propriedades termodinâmicas da amônia
O Brasil signatário do protocolo de Montreal na condição saturada (líquida e vapor). Ela não
(1986) , cumpre um cronograma de eliminação dos pode ser aplicada quando o vapor está
refrigerantes HCFCs (hidroclorofluorcarbono) e superaquecido, isto é, aquecida depois de
CFCs (clorofluorcarbono) responsáveis parciais evaporação a uma temperatura mais alto que o
pelo aquecimento global devido a destruição da ponto de ebulição correspondente a sua pressão. A
camada de ozônio (ODP). Alternativas tabela 2.2 mostra as propriedades termodinâmicas
ecologicamente limpas são a amônia e compostos da amônia na condição de vapor superaquecido
de hidrogênio e carbono (HC). A amônia é tóxica e
2.7 TABELA DAS PROPRIEDADES DA AMÔNIA
Tabela 2.1 Propriedades da Amônia Saturada (R 717)
Vol. esp. Energ. int. Entalpia Entropia
Temp. Press m³/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg.K
ºC bar Líq. Vap. Líq. Vapor Líq. Vap. Líq. Vap.
Evap.
sat sat sat sat sat sat sat. sat.
-50 0,4086 1,4245 2,6265 -43,94 1264,99 -43,88 1416,20 1372,32 -0,1922 6,1543
-45 0,5453 1,4367 2,0060 -22,03 1271,19 -21,95 1402,52 1380,57 -0,0951 6,0523
-40 0,7174 1,4493 1,5524 -0,10 1277,20 0,00 1388,56 1388,56 0,0000 6,9557
-36 0,8850 1,4597 1,2757 17,47 1281,87 17,60 1377,17 1394,77 0,0747 5,8819
-32 1,0832 1,4703 1,0561 35,09 1286,41 35,25 1365,55 1400,81 0,1484 5,8111
-30 1,1950 1,4757 0,9634 43,93 1288,63 44,10 1359,65 1403,75 0,1849 5,7767
-28 1,3159 1,4812 0,8803 52,78 1290,82 52,97 1353,68 1406,66 0,2212 5,7430
-26 1,4465 1,4867 0,8056 61,65 1292,97 61,86 1347,65 1409,51 0,2572 5,7100
-22 1,7390 1,4980 0,6780 79,46 1297,18 79,72 1335,36 1415,08 0,3287 5,6457
-20 1,9019 1,5038 0,6233 88,40 1299,23 88,68 1329,10 1417,79 0,3642 5,6144
-18 2,0769 1,5096 0,5739 97,36 1301,25 97,68 1322,77 1420,45 0,3994 5,5837
-16 2,2644 1,5155 0,5291 106,36 1303,23 106,70 1316,35 1423,05 0,4346 5,5536
-14 2,4652 1,5215 0,4885 115,37 1305,17 115,75 1309,86 1425,61 0,4695 5,5239
-12 2,6798 1,5276 0,4516 124,42 1307,08 124,83 1303,28 1428,11 0,5043 5,4948
-10 2,9089 1,5338 0,4180 133,50 1308,95 133,94 1296,61 1430,55 0,5389 5,4662
-8 3,1532 1,5400 0,3874 142,60 1310,78 143,09 1289,86 1432,95 0,5734 5,4380
-6 3,4134 1,5464 0,3595 151,74 1312,57 152,26 1283,02 1435,28 0,6077 5,4103
-4 3,6901 1,5528 0,3340 160,88 1314,32 161,46 1276,10 1437,56 0,6418 5,3831
-2 3,9842 1,5594 0,3106 170,07 1316,04 170,69 1269,08 1439,78 0,6759 5,3562
0 4,2962 1,5660 0,2892 179,29 1317,71 179,96 1261,97 1441,94 0,7097 5,3298
2 4,6270 1,5727 0,2695 188,53 1319,34 189,26 1254,77 1444,03 0,7435 5,3038
4 4,9773 1,5796 0,2514 197,80 1320,92 198,59 1247,48 1446,07 0,7770 5,2781
6 5,3479 1,5866 0,2348 207,10 1322,47 207,95 1240,09 1448,04 0,8105 5,2529
8 5,7395 1,5936 0,2195 216,42 1323,96 217,34 1232,61 1449,94 0,8438 5,2279
10 6,1529 1,6008 0,2054 225,77 1325,42 226,75 1225,03 1451,78 0,8769 5,2033
12 6,5890 1,6081 0,1923 235,14 1326,82 236,20 1217,35 1453,55 0,9099 5,1791
16 7,5324 1,6231 0,1691 253,95 1329,48 255,18 1201,70 1456,87 0,9755 5,1314
20 8,5762 1,6386 0,1492 272,86 1331,94 274,26 1185,64 1459,90 1,0404 5,0849
24 9,7274 1,6547 0,1320 291,84 1334,19 293,45 1169,16 1462,61 1,1048 5,0394
28 10,993 1,6714 0,1172 310,92 1336,20 312,75 1152,24 1465,00 1,1686 5,9948
32 12,380 1,6887 0,1043 330,07 1337,97 332,17 1134,87 1467,03 1,2319 4,9509
36 13,896 1,7068 0,0930 349,32 1339,47 351,69 1117,00 1468,70 1,2946 4,9078
40 15,549 1,7256 0,0831 368,67 1340,70 371,35 1098,62 1469,97 1,3569 4,8652
45 17,819 1,7503 0,0725 393,01 1341,81 396,13 1074,84 1470,96 1,4341 4,8125
50 20,331 1,7765 0,0634 417,56 1342,42 421,17 1050,09 1471,26 1,5109 4,7604
Fonte: As Tabelas 2.1 e 2.2 são calculadas baseadas nas equações de L. Haar e J.S. Gallagher,
“Thermodynamic Properties of Ammonia”, J. Phys. Chem. Reference Data, Vol. 7, 1978, pp.635 - 792.
Refrigeração-na indústria de alimentos
Gilberto Arejano Corrêa