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 PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA TM-374 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

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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.

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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

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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

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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

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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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