aula 00 - apresentação da disciplina - refrigeração e ar condicionado
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REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Aula 01 ~ História da refrigeração
por
Prof. Strobel
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁSETOR DE TECNOLOGIADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICATM-374 REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO
Objetivos
• Os objetivos desta aula são:
– Definir o conceito de Refrigeração e Ar condicionado;
– Introduzir aspectos históricos de:
• Métodos de refrigeração natural;• Métodos de refrigeração artificial.
Aula 01 - Refrigeração e Ar Condicionado Prof. Strobel
Conceitos fundamentais
• Definição de “Refrigeração”
– Refrigeração é um termo definido como sendo o processo de resfriamento de um corpo ou de um fluido até uma temperatura inferior à temperatura ambiente. Não é um processo espontâneo.
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Conceitos fundamentais
• Definição de “Arrefecimento”
– Arrefecimento é um termo definido como sendo o processo de queda de temperatura que acontece com sólidos e fluidos que estão acima da temperatura ambiente até atingir o equilíbrio com o ambiente. Pode ser um processo espontâneo ou não.
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Conceitos fundamentais
• Definição de “Resfriamento”
– Resfriamento é o processo de redução da temperatura de um sólido ou fluido que está na temperatura ambiente até sua temperatura de congelamento. Não é um processo espontâneo.
• Definição de “Congelamento”
– Congelamento é o processo de redução da temperatura de um sólido ou fluido para temperaturas bem inferiores à sua temperatura de congelamento. Não é um processo espontâneo.
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Conceitos fundamentais
• Definição de “Ar Condicionado”
– Ar Condicionado ou condicionamento de ar, é um termo definido como sendo o tratamento de ar de forma a controlar, simultaneamente, a temperatura, a umidade relativa, a qualidade e a circulação/renovação de ar, requerido por ocupantes, processos ou produtos em um espaço determinado.
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Aplicações da Refrigeração
• As principais aplicações da refrigeração:
– Processamento e preservação de alimentos;
– Conforto ~ bebidas no verão;
– Conforto ~ Condicionamento de ar comercial, residencial,
industrial e veicular;
– Processos industriais, indústria química;
– Medicina, criogenia;
– Entre outros...
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História da Refrigeração
• A história da refrigeração pode ser dividida em duas:
– Período da refrigeração natural:
• Períodos pré-históricos até o início do século 19.
– Período da refrigeração artificial;
• Do século 19 até os dias atuais.
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Refrigeração Natural
• Métodos de refrigeração natural:
– Uso de gelo natural, ou seja:
• Transportado de regiões frias;
• Coletado no inverno e armazenado para uso no verão;
• Produzido por resfriamento noturno (estratosfera a -55°C).
– Uso de resfriamento evaporativo.
– Resfriamento por solução salina.
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Refrigeração Natural
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Refrigeração Natural
• Algumas limitações da refrigeração natural:
– Depende das condições geográficas do local;
– Depende das condições climáticas;
– Dificuldade da obtenção de refrigeração em larga
escala;
– Custo elevado (transporte, armazenamento, mão de
obra), não sendo disponível para todos.
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Refrigeração Artificial
• As primeiras tentativas de refrigeração artificial:
– Em 1755, o professor escocês William Cullen produziu
uma pequena quantidade de gelo pela evaporação de
éter submetido à vácuo.
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Refrigeração Artificial
• Sistema de refrigeração por compressão de vapor:
– Em 1805, o engenheiro americano Oliver Evans
descreve um ciclo fechado para produzir refrigeração
de maneira contínua;
– Em 1835, Jacob Perkins patenteia e constrói o sistema
descrito por Oliver Evans, utilizando éter etílico como
fluido refrigerante, em Londres.
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Refrigeração Artificial
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Sistema de refrigeração de Jacob Perkins
Refrigeração Artificial
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Refrigeração Artificial
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Refrigeração Artificial
• Outros pioneiros:
– O engenheiro americano Alexander Twining recebe uma patente
britânica em 1850 para um sistema de compressão de vapor que
utiliza Éter, Amônia e Dióxido de Carbono;
– James Harrison obtém uma patente em 1856 por construir um
sistema de compressão a vapor utilizando Álcool, éter e amônia.
– Charles Tellier da França patenteia um sistema baseado em Éter
Dimethil, em 1864.
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Refrigeração Artificial
• Outros eventos marcantes:
– 1874: Raoul Pictet desenvolve um sistema baseado em
Dióxido Sulfúrico em Genebra;
– 1877: Carl von Linde da Alemanha Desenvolve o primeiro
sistema baseado em Amônia.
– 1885: Fraunz Windhausen desenvolve o primeiro sistema
baseado em Dióxido de carbono na Alemanha.
– 1920: Copeland e Edwards desenvolvem refrigeradores
domésticos que operam com isobutano.Aula 01 - Refrigeração e Ar Condicionado Prof. Strobel
Refrigeração Artificial
• Refrigeradores domésticos:
– O refrigerador de bloco de gelo foi introduzido em
1803 e utilizado por mais de um século;
– General Electric desenvolve o primeiro refrigerador de
uso doméstico em 1911 nos EUA, seguido pela
Frigidaire em 1915 e pela Kelvinator em 1918.
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Refrigeração Artificial
• A rápida ascensão dos sistemas de compressão é atribuído ao desenvolvimento simultâneo de:
–Motores elétricos e compressores;
–Melhores selos mecânicos;
– Automação e controle;
– Introdução dos CFC’s em 1930.
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Refrigeração Artificial
• Quanto aos fluidos refrigerantes, destacam-se:
– Amônia (R717);– Tricloromonofluormetano (Freon-11 ou R-11);– Diclorodifluormetano (Freon-12 ou R-12);–Monoclorodifluormetano (Freon-22 ou R-22);– Tetracloretodecarbono (R-10) e outros;– Tetrafluoretano (R-134a);– Clorodifluorometano (R-401a);– Pentafluoroetano (R404a).
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Refrigeração Artificial
• Desenvolvimento de sistemas de condicionamento de ar:
– 1891: Eastman Kodak instala o primeiro sistema de ar
condicionado em Nova Iorque para o armazenamento de filmes
fotográficos;
– 1894: O primeiro sistema de ar condicionado doméstico é
instalado em Hamburgo;
– 1904: Willis Carrier projeta a primeira central de ar
condicionado que melhora a qualidade do ar;
– 1922: Willis Carrier desenvolve compressores centrífugos.
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Refrigeração Artificial
• Sistemas de refrigeração por absorção de vapor:
– 1810: John Leslie demosntra o princípio básico utilizando água e ácido
sulfúrico (H2SO4);
– 1860: Ferdinand Carre inventa o sistema água-amônia;
– 1878: Windhausen desenvolve um sistema de água-H2SO4, que
posteriormente é substituído por BrLi (Brometo de Lítio);
– 1922: Os estudantes suecos Platen e Munter desenvolvem sistemas de
refrigeração por absorção sem uso de bombas;
– 1926: Um sistema diferente do anterior, também sem o uso de bombas,
é patenteado em 1926 por Albert Einstein e Leo Szilard.Aula 01 - Refrigeração e Ar Condicionado Prof. Strobel
Refrigeração Artificial
• Sistemas de refrigeração a energia solar:
– Sistemas de refrigeração por absorção alimentados
a energia solar começam a ser estudados em 1950;
– Em 1953, a União Soviética produzia 250 kg/dia
de gelo utilizando coletores solares parabólicos;
– O primeiro condicionador de ar solar foi instalado
em 1966 na Austrália.
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Refrigeração Artificial
• Outros sistemas:
– Sistemas de refrigeração a gás (ar);
–Tubos de vórtice;
–Termoelétricos;
– Stirling;
–Termoacústicos.
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Conclusão
• Entre os processos endotérmicos, podemos citar:– A fusão de sólidos, como o gelo comum (0°C) e o gelo seco (neve
carbônica –78,9°C);– A mistura de certos corpos com água (–20 a –40°C), com gelo de água (–
20 a –50°C), ou com gelo seco (–100°C), as quais tomam o nome de misturas criogênicas;
– a expansão de um gás com a produção de trabalho;– os fenômenos de adsorção;– os fenômenos termoelétricos.– A vaporização contínua de um líquido puro, por sua vez, pode ser obtida:
• por meios mecânicos, nas chamadas máquinas frigoríficas de compressão de vapor;
• por meio de ejeção de vapor, usada nas máquinas frigoríficas de vapor d’água;• por meio de aquecimento, método usado nas chamadas instalações de
absorção.
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Conclusão
• Sistemas de refrigeração se mostram essenciais para a vida moderna;
• Os esforços atuais da engenharia se voltam a:–Melhorar a eficiência energética;– Reduzir impactos ambientais;– Redução de custos.
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