Universidade Agostinho Neto
    Faculdade de Engenharia
  Curso de Engenharia Mecânica



CLIMATIZAÇÃO &
 REFRIGERAÇÃO


          AULA 2
SUMÁRIO
1. CAP I - INTRODUÇÃO

 TEORIA DA REFRIGERAÇÃO

 MÉTODOS DE OBTENÇÃO DE FRIO – PRODUÇÃO, CONSERVAÇÃO, APLICAÇÃO

 CONCEITOS TERMODINAMICOS FUNDAMENTAIS

 FORMAS DE TRANSFERENCIA DO CALOR


 SISTEMAS DE UNIDADES




                          CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
CAPITULO I-
INTRODUÇÃO


  CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
APLICAÇÕES ? UTILIDADE DIA-A-DIA
Termodinâmica


Transmissão de calor e de Massa


Mecânica dos fluidos


                CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
Qual ??? (A)




CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
Qual??? (B)




CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
Qual??? (C)




CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
APLICAÇÕES
Termodinâmica_________
                  A




                                  C
Transmissão de calor e de Massa________


                      B
Mecânica dos fluidos______


               CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
OBJECTIVO GERAL DA AULA Nº1


interpretar a evolução e a
 essência dos sistemas
 frigoríficos

         CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
OBJECTIVOS ESPECÍFICOS DA AULA
             Nº1

    Relembrar conceitos
      fundamentais de
termodinâmica, transferencia
de calor e massa e, mecânica
         dos fluidos

         CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
História Térmica do Produto

O QUE É REFRIGERAÇÃO?
ARREFECER (cooling)


 Baixar a temperatura de um corpo até a Temperatura
                      Ambiente




                 CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
História Térmica do Produto
• REFRIGERAR (refrigeration)


    Baixar a temperatura de um corpo desde a Temperatura Ambiente até a
                         Temperatura de Congelação




                       CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
História Térmica do Produto
CONGELAR (freezing)



  Baixar a temperatura de um corpo aquém da sua
             Temperatura de congelação




               CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
História Térmica do Produto
– REFRIGERAÇÃO

 Ramo da ciência que estuda os Processos de Redução e
Conservação da Temperatura em determinado Espaço ou
Corpo, abaixo da temperatura do Ambiente que o rodeia.
                    (Infantas, 2001)

   Conjunto de Meios para controlar a Temperatura e
        Humidade Relativa tanto para viabilizar
   processos, conservar produtos ou trazer conforto .
                     (Dicionários)

                 CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
História Térmica do Produto
Século VII - Refrigeração              Século XVIII - Revolução
Natural                                Agrária

• Micro organismos                    • Esterilização
  (micróbios e bactérias)                  (Latas por esterilização do
• Frio natural                             calor e exclusão de ar.
  (gelo e neve)                            NICOLAS APPERT 1795)

• Conservação artificial              • Gelo em grande escala
  (                                     (Rios , lagos e icebergs)
  salga, fumagem, vinagre,
  açúcar, etc.)
                    CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
História Térmica do Produto

Século XIX - Revolução
                                            Século XX - Automatismos
Industrial
• Refrigeração artificial
  ( Máquina frigorifica                   • Refrigeração industrial
  0ºC, lavador de ar)                          ( automática, electricidade)
• Congelação alimentos
  (Comércio de Carne)
• Refrigerantes naturais
  (Ar, CO2, H2O, NH3)

                        CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
História Térmica do Produto
 • Seculo XXI – Digital (TICs)

• Refrigeração Ecológica          ( Substituição dos CFC , HCFC)

• Impacto Energético (refrigerantes com Alta Relação de Compressão)




                       CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
Produção do Frio - Efeito Refrigerante

FUSÃO DO GELO                     MISTURA REFRIGERANTE




                CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
Produção do Frio - Efeito Refrigerante
                                  EVAPORAÇÃO DE
JOULE THOMSON                     LÍQUIDO




                CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
DISTRIBUIÇÃO DO FRIO
EXPANSÃO DIRECTA                      EXPANSÃO INDIRECTA




             CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
CONSERVAÇÃO DO FRIO
FRIGORÍFICO BEBIDAS                     CÂMARA FRIGORÍFICA




               CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
Aplicações do Frio
FABRICAÇÃO DE GELO               CONSERVAÇÃO PERCÍVEIS




               CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
Aplicações do Frio
AR CONDICIONADO                     CIRURGIA/MEDICINA
                                    • Anestesia




                  CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
Aplicações do Frio
      PROCESSOS INDUSTRIAIS
• CRIOGENIA
  (GNL – 162ºC)
                                      ULTRACONGELAÇÃO




                  CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
Leis da Termodinâmica
Primeira Lei                          Segunda Lei
• Lei da Conservação de               • Lei da Transmissão de
   Energia                              Energia ( sentido dos
                                        processos)


• Energia                             • Exergia


• Calor             Trabalho          • Calor             Trabalho




                    CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
CONCEITOS
FUNDAMENTAIS
SISTEMA TERMODINAMICO
Região do espaço objecto de estudo

VIZINHANÇA
Espaço exterior ao sistema com o qual interactua.

FRONTEIRA
Limite do sistema, separando-o da vizinhança. Fixa ou Móvel

SISTEMA FECHADO
Troca energia com a vizinhança, conservando a massa.

SISTEMA ABERTO
Troca energia e massa com o exterior

ESTADO TERMODINAMICO
Situação em que o sistema se encontra. Caracteriza-se pelas
suas propriedades. Define-se por 2 propriedades intensivas

TRANSFORMAÇÃOPORCESSO
Ocorre ao variar algumas das propriedades provocando a
mudança para outro estado.

CICLO
É uma sequência de processos onde o estado inicial e final
do sistema coincidem.

.




                                                             CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
CONCEITOS FUNDAMENTAIS
 Temperatura de               Temperatura a qual se dá a mudança de fase
 Saturação (TSAT)


Liquido Saturado         Liquido que não suporta mais vapor




  Vapor Saturado                  Vapor que não suporta mais Líquido



                                        Vapor a temperatura acima da Saturação
Vapor Sobreaquecido CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
ESTADOS DA SUBSTANCIA PURA




        CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
CONCEITOS FUNDAMENTAIS
     EQUAÇÕES DE ESTADO
Relação matemática que correlaciona:
  Pressão , Temperatura e Volume Específico
  (Sistema em equilíbrio termodinâmico.)


    Equação dos Gases Ideais            Pv = RT


 Refrigerantes compostos de hidrocarbonetos fluorados




                         CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
TABELAS TERMODINAMICAS DOS
   FLUIDOS REFRIGERANTES




       CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
TABELAS TERMODINAMICAS DOS
   FLUIDOS REFRIGERANTES




        CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
DIAGRAMA DE MOLLIER




     CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
TRANSFERENCIA DE CALOR
 CONDUÇÃO


 CONVECÇÃO


 RADIAÇÃO



      CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
CONDUÇÃO
        Lei de Fourier

        Q = k A (∆T/∆x)



K , condutividade térmica



                                                T
                        Q      2 kL
                                          ln r2
                                                    r1
                        CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
CONDUÇÃO




CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
CONDUÇÃO




CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
CONVECÇÃO

      Lei de Newton

      Q =α A ∆T



Coeficiente de convecção entre o ar e a parede em câmaras frigoríficas

Ar externo α= 29,0 W/m2.K (25 kcal/h.m2.ºC),
 Ar internoαvaria entre 8,15 e 17,45 W/m2.K (7 a 15 kcal/h.m2.ºC)
                       CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
RADIAÇÃO



                                                            Emissividade
                            Refletida

                                                         Absorvida
                                                      Transmitida


cs→ Constante de Stefan-Boltzman (5,669 x 10-8 W/m2.K4)

                  CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
SISTEMAS DE UNIDADES
SISTEMA INTERNACIONAL                     SISTEMA INGLÊS
• Comprimento            m                • Comprimento        pé,ft
• Massa                  kg               • Massa     libra,lb
• Tempo                  s                • Tempo     s
• Temperatura            K                • Temperatura        F
• Pressão                Pa               • Pressão   lb/in2, psi
• Energia       J,kcal, Frigoria          • Energia   Btu
• Potencia               kW               • Potencia Hp, Btu/h, TON
• Potencia Especifica kcal/kWh


                        CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
SISTEMAS DE UNIDADES - Potência




          CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
Central de aproveitamento de gelo a partir do rio Hudson , 1888




                     CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
Tarefa

  CONVERSÃO DE UNIDADES
QUAL A CAPACIDADE FRIGORIFICA INSTALADA NESTA SALA
DE AULAS (109), SABENDO QUE           ESTÃO    EM
FUNCIONAMENTO 6 UNIDADES DO TIPO SPLIT, SENDO
1. 2(DUAS) unidades de 24 000 BTU/h
2. 3(TRÊS) unidades de 18 000 BTU/h
3. 1(uma ) unidade de 12 000 BTU/ H




                    CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013

Capitulo1 a

  • 1.
    Universidade Agostinho Neto Faculdade de Engenharia Curso de Engenharia Mecânica CLIMATIZAÇÃO & REFRIGERAÇÃO AULA 2
  • 2.
    SUMÁRIO 1. CAP I- INTRODUÇÃO TEORIA DA REFRIGERAÇÃO MÉTODOS DE OBTENÇÃO DE FRIO – PRODUÇÃO, CONSERVAÇÃO, APLICAÇÃO CONCEITOS TERMODINAMICOS FUNDAMENTAIS FORMAS DE TRANSFERENCIA DO CALOR SISTEMAS DE UNIDADES CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 3.
    CAPITULO I- INTRODUÇÃO CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 4.
    APLICAÇÕES ? UTILIDADEDIA-A-DIA Termodinâmica Transmissão de calor e de Massa Mecânica dos fluidos CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 5.
    Qual ??? (A) CURSODE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 6.
    Qual??? (B) CURSO DEENGENHARIA MECANICA 2013
  • 7.
    Qual??? (C) CURSO DEENGENHARIA MECANICA 2013
  • 8.
    APLICAÇÕES Termodinâmica_________ A C Transmissão de calor e de Massa________ B Mecânica dos fluidos______ CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 9.
    OBJECTIVO GERAL DAAULA Nº1 interpretar a evolução e a essência dos sistemas frigoríficos CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 10.
    OBJECTIVOS ESPECÍFICOS DAAULA Nº1 Relembrar conceitos fundamentais de termodinâmica, transferencia de calor e massa e, mecânica dos fluidos CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 11.
    História Térmica doProduto O QUE É REFRIGERAÇÃO? ARREFECER (cooling) Baixar a temperatura de um corpo até a Temperatura Ambiente CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 12.
    História Térmica doProduto • REFRIGERAR (refrigeration) Baixar a temperatura de um corpo desde a Temperatura Ambiente até a Temperatura de Congelação CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 13.
    História Térmica doProduto CONGELAR (freezing) Baixar a temperatura de um corpo aquém da sua Temperatura de congelação CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 14.
    História Térmica doProduto – REFRIGERAÇÃO Ramo da ciência que estuda os Processos de Redução e Conservação da Temperatura em determinado Espaço ou Corpo, abaixo da temperatura do Ambiente que o rodeia. (Infantas, 2001) Conjunto de Meios para controlar a Temperatura e Humidade Relativa tanto para viabilizar processos, conservar produtos ou trazer conforto . (Dicionários) CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 15.
    História Térmica doProduto Século VII - Refrigeração Século XVIII - Revolução Natural Agrária • Micro organismos • Esterilização (micróbios e bactérias) (Latas por esterilização do • Frio natural calor e exclusão de ar. (gelo e neve) NICOLAS APPERT 1795) • Conservação artificial • Gelo em grande escala ( (Rios , lagos e icebergs) salga, fumagem, vinagre, açúcar, etc.) CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 16.
    História Térmica doProduto Século XIX - Revolução Século XX - Automatismos Industrial • Refrigeração artificial ( Máquina frigorifica • Refrigeração industrial 0ºC, lavador de ar) ( automática, electricidade) • Congelação alimentos (Comércio de Carne) • Refrigerantes naturais (Ar, CO2, H2O, NH3) CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 17.
    História Térmica doProduto • Seculo XXI – Digital (TICs) • Refrigeração Ecológica ( Substituição dos CFC , HCFC) • Impacto Energético (refrigerantes com Alta Relação de Compressão) CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 18.
    Produção do Frio- Efeito Refrigerante FUSÃO DO GELO MISTURA REFRIGERANTE CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 19.
    Produção do Frio- Efeito Refrigerante EVAPORAÇÃO DE JOULE THOMSON LÍQUIDO CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 20.
    DISTRIBUIÇÃO DO FRIO EXPANSÃODIRECTA EXPANSÃO INDIRECTA CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 21.
    CONSERVAÇÃO DO FRIO FRIGORÍFICOBEBIDAS CÂMARA FRIGORÍFICA CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 22.
    Aplicações do Frio FABRICAÇÃODE GELO CONSERVAÇÃO PERCÍVEIS CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 23.
    Aplicações do Frio ARCONDICIONADO CIRURGIA/MEDICINA • Anestesia CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 24.
    Aplicações do Frio PROCESSOS INDUSTRIAIS • CRIOGENIA (GNL – 162ºC) ULTRACONGELAÇÃO CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 25.
    Leis da Termodinâmica PrimeiraLei Segunda Lei • Lei da Conservação de • Lei da Transmissão de Energia Energia ( sentido dos processos) • Energia • Exergia • Calor Trabalho • Calor Trabalho CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 26.
    CONCEITOS FUNDAMENTAIS SISTEMA TERMODINAMICO Região doespaço objecto de estudo VIZINHANÇA Espaço exterior ao sistema com o qual interactua. FRONTEIRA Limite do sistema, separando-o da vizinhança. Fixa ou Móvel SISTEMA FECHADO Troca energia com a vizinhança, conservando a massa. SISTEMA ABERTO Troca energia e massa com o exterior ESTADO TERMODINAMICO Situação em que o sistema se encontra. Caracteriza-se pelas suas propriedades. Define-se por 2 propriedades intensivas TRANSFORMAÇÃOPORCESSO Ocorre ao variar algumas das propriedades provocando a mudança para outro estado. CICLO É uma sequência de processos onde o estado inicial e final do sistema coincidem. . CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 27.
    CONCEITOS FUNDAMENTAIS Temperaturade Temperatura a qual se dá a mudança de fase Saturação (TSAT) Liquido Saturado Liquido que não suporta mais vapor Vapor Saturado Vapor que não suporta mais Líquido Vapor a temperatura acima da Saturação Vapor Sobreaquecido CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 28.
    ESTADOS DA SUBSTANCIAPURA CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 29.
    CONCEITOS FUNDAMENTAIS EQUAÇÕES DE ESTADO Relação matemática que correlaciona: Pressão , Temperatura e Volume Específico (Sistema em equilíbrio termodinâmico.) Equação dos Gases Ideais Pv = RT Refrigerantes compostos de hidrocarbonetos fluorados CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 30.
    TABELAS TERMODINAMICAS DOS FLUIDOS REFRIGERANTES CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 31.
    TABELAS TERMODINAMICAS DOS FLUIDOS REFRIGERANTES CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 32.
    DIAGRAMA DE MOLLIER CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 33.
    TRANSFERENCIA DE CALOR CONDUÇÃO CONVECÇÃO RADIAÇÃO CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 34.
    CONDUÇÃO Lei de Fourier Q = k A (∆T/∆x) K , condutividade térmica  T Q 2 kL ln r2 r1 CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 35.
  • 36.
  • 37.
    CONVECÇÃO Lei de Newton Q =α A ∆T Coeficiente de convecção entre o ar e a parede em câmaras frigoríficas Ar externo α= 29,0 W/m2.K (25 kcal/h.m2.ºC),  Ar internoαvaria entre 8,15 e 17,45 W/m2.K (7 a 15 kcal/h.m2.ºC) CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 38.
    RADIAÇÃO Emissividade Refletida Absorvida Transmitida cs→ Constante de Stefan-Boltzman (5,669 x 10-8 W/m2.K4) CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 39.
    SISTEMAS DE UNIDADES SISTEMAINTERNACIONAL SISTEMA INGLÊS • Comprimento m • Comprimento pé,ft • Massa kg • Massa libra,lb • Tempo s • Tempo s • Temperatura K • Temperatura F • Pressão Pa • Pressão lb/in2, psi • Energia J,kcal, Frigoria • Energia Btu • Potencia kW • Potencia Hp, Btu/h, TON • Potencia Especifica kcal/kWh CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 40.
    SISTEMAS DE UNIDADES- Potência CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 41.
    Central de aproveitamentode gelo a partir do rio Hudson , 1888 CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013
  • 42.
    CURSO DE ENGENHARIAMECANICA 2013
  • 43.
    CURSO DE ENGENHARIAMECANICA 2013
  • 44.
    Tarefa CONVERSÃODE UNIDADES QUAL A CAPACIDADE FRIGORIFICA INSTALADA NESTA SALA DE AULAS (109), SABENDO QUE ESTÃO EM FUNCIONAMENTO 6 UNIDADES DO TIPO SPLIT, SENDO 1. 2(DUAS) unidades de 24 000 BTU/h 2. 3(TRÊS) unidades de 18 000 BTU/h 3. 1(uma ) unidade de 12 000 BTU/ H CURSO DE ENGENHARIA MECANICA 2013