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Como Funciona o Ar Condicionado

Um pouco de química, um pouco de física e um bom punhado de tubos e fios. Um ar condicionado faz seu lar mais fresquinho, verdade. Mas, em termos de como o sistema funciona atualmente seria mais acertado dizer que o ar condicionado torna seu lar menos quente. O que ele está realmente fazendo é jogar fora a energia quente da casa e transferí-la para a rua (aonde já está tão quente que ninguém nota a diferença).
1. O compressor bombeia gás em a alta presssão para o condensador (aquela serpentina que fica do lado de fora da casa). Este gás dentro do condensador se torna líquido. Este líquido vai para o.......
2. Evaporador ( aquela serpentina que fica do lado de dentro da casa). Aqui o líquido refrigerante absorve a energia quente do ar do ambiente e se transforma novamente em gás. Além disso, a umidade do ar quente do ambiente condensa na serpentina e é drenada para fora. Enquanto isso.....
3. Um ventilador circula o ar quente da casa através do evaporador, aonde a energia quente é removida, e joga este ar, através dos dutos, de volta para o ambiente - mais frio, mais seco, limpo e, mais agradável. Como a energia quente é removida daquele ar...
4. O primeiramente gasoso, depois líquido e novamente gasoso refrigerante carrega essa energia quente para o ambiente externo. Aqui o refrigerante passa através do condensador (alguma vezes chamado de serpentina condensadora), onde aletas de metal ao redor de tubos transferem o calor para o ar externo que é circulado pelo condensador por...
5. Um ventilador. Saiba então, que aquele ar que sai de seu aparelho no lado de fora é tão quente porque contém energia do calor, que estava dentro de sua casa, há apenas alguns minutos atrás.

 

Bomba de Calor (Ciclo Reverso):
Isto é realmente muito simples. Pense somente em uma bomba de calor como um ar condicionado com uma engrenagem reversa. Uma bomba de calor faz as duas funções, porém utiliza os mesmos princípios para ambas. Nos dias quentes, ela trabalha exatamente como uma ar condicionado regular. Ela extrai calor de dentro de casa e o transfere para o lado de fora. Nos dias frios, ela faz o oposto, bombeando energia quente de fora para dentro de sua casa.
Bem, você deve estar se perguntando, e esta é uma pergunta muito astuta. Como pode a máquina bombear calor de fora usando o ar frio da rua? Porque o refrigerante do sistema evapora mesmo em baixas temperaturas, drenando calor do ar frio da rua. Isto pode parecer estranho, mesmo se o ar estiver gelado na rua sempre haverá energia de calor suficiente para que uma bomba de calor aqueça sua casa.
Certamente, quanto mais frio o tempo, mais difícil esta operação de transferência de calor se torna. Então, o evaporador (a parte interna de um sistema de bomba de calor) tem aquecimento elétrico suplementar que dá a partida quando a temperatura está extremamente baixa.

 

A Secretária de Vigilância Sanitária, no uso de suas atribuições, e tendo em vista o disposto nos artigos
SEGUNDA FEIRA, 31 DE AGOSTO DE 1998


MINISTÉRIO DA SAÚDE

SECRETARIA DE VIGILÂNCIA SANITÁRIA
 

Portaria nº 3.523/GM Em, 28 de agosto de 1998





O Ministro de Estado da Saúde, no uso das atribuições que lhe confere o artigo 87, Parágrafo único, item II, da Constituição Federal e tendo em vista o disposto nos artigos 6º, I, "a", "c", V, VII, IX, §1º, I e II, §3º, I a VI, da Lei n.º 8080, de 19 de setembro de 1990;

considerando a preocupação mundial com a Qualidade do Ar de Interiores em ambientes climatizados e a ampla e crescente utilização de sistemas de ar condicionado no país, em função das condições climáticas;

considerando a preocupação com a saúde, o bem-estar, o conforto, a produtividade e o absenteísmo ao trabalho, dos ocupantes dos ambientes climatizados e a sua inter-relação com a variável qualidade de vida;

considerando a qualidade do ar de interiores em ambientes climatizados e sua correlação com a Síndrome dos Edifícios Doentes relativa à ocorrência de agravos à saúde;

considerando que o projeto e a execução da instalação, inadequados, a operação e a manutenção precárias dos sistemas de climatização, favorecem a ocorrência e o agravamento de problemas de saúde;

considerando a necessidade de serem aprovados procedimentos que visem minimizar o risco potencial à saúde dos ocupantes, em face da permanência prolongada em ambientes climatizados, resolve:

Art. 1º Aprovar Regulamento Técnico contendo medidas básicas referentes aos procedimentos de verificação visual do estado de limpeza, remoção de sujidades por métodos físicos e manutenção do estado de integridade e eficiência de todos os componentes dos sistemas de climatização, para garantir a Qualidade do Ar de Interiores e prevenção de riscos à saúde dos ocupantes de ambientes climatizados.

Art. 2º Determinar que serão objeto de Regulamento Técnico a ser elaborado por este Ministério, medidas específicas referentes a padrões de qualidade do ar em ambientes climatizados, no que diz respeito a definição de parâmetros físicos e composição química do ar de interiores, a identificação dos poluentes de natureza física, química e biológica, suas tolerâncias e métodos de controle, bem como pré-requisitos de projetos de instalação e de execução de sistemas de climatização.

Art. 3º As medidas aprovadas por este Regulamento Técnico aplicam-se aos ambientes climatizados de uso coletivo já existentes e aqueles a serem executados e, de forma complementar, aos regidos por normas e regulamentos específicos.

Parágrafo Único. Para os ambientes climatizados com exigências de filtros absolutos ou instalações especiais, tais como aquelas que atendem a processos produtivos, instalações hospitalares e outros, aplicam-se as normas e regulamentos específicos, sem prejuízo do disposto neste Regulamento Técnico, no que couber.

Art. 4º Adotar para fins deste Regulamento Técnico as seguintes definições:

a. ambientes climatizados: ambientes submetidos ao processo de climatização.

b. ar de renovação: ar externo que é introduzido no ambiente climatizado.

c. ar de retorno: ar que recircula no ambiente climatizado.

d. boa qualidade do ar interno: conjunto de propriedades físicas, químicas e biológicas do ar que não apresentem agravos à saúde humana;

e. climatização: conjunto de processos empregados para se obter por meio de equipamentos em recintos fechados, condições específicas de conforto e boa qualidade do ar, adequadas ao bem estar dos ocupantes.

f. filtro absoluto: filtro de classe A1 até A3, conforme especificações do Anexo II.

g. limpeza: procedimento de manutenção preventiva que consiste na remoção de sujidades dos componentes do sistema de climatização, para evitar a sua dispersão no ambiente interno.

h. manutenção – atividades técnicas e administrativas destinadas a preservar as características de desempenho técnico dos componentes ou sistemas de climatização, garantindo as condições previstas neste Regulamento Técnico.

i. Síndrome dos Edifícios Doentes: consiste no surgimento de sintomas que são comuns à população em geral, mas que, numa situação temporal, pode ser relacionado a um edifício em particular. Um incremento substancial na prevalência dos níveis dos sintomas, antes relacionados, proporciona a relação entre o edifício e seus ocupantes.

Art. 5º Todos os sistemas de climatização devem estar em condições adequadas de limpeza, manutenção, operação e controle, observadas as determinações, abaixo relacionadas, visando a prevenção de riscos à saúde dos ocupantes:
 
 

  1. a. manter limpos os componentes do sistema de climatização, tais como: bandejas, serpentinas, umidificadores, ventiladores e dutos, de forma a evitar a difusão ou multiplicação de agentes nocivos à saúde humana e manter a boa qualidade do ar interno.
b. utilizar, na limpeza dos componentes do sistema de climatização, produtos biodegradáveis devidamente registrados no Ministério da Saúde para esse fim.

c. verificar periodicamente as condições físicas dos filtros e mantê-los em condições de operação. Promover a sua substituição quando necessária.

d. restringir a utilização do compartimento onde está instalada a caixa de mistura do ar de retorno e ar de renovação, ao uso exclusivo do sistema de climatização. É proibido conter no mesmo compartimento materiais, produtos ou utensílios.

e. preservar a captação de ar externo livre de possíveis fontes poluentes externas que apresentem riscos à saúde humana e dotá-la no mínimo de filtro classe G1(um), conforme as especificações do Anexo II.

f. garantir a adequada renovação do ar de interior dos ambientes climatizados, ou seja no mínimo de 27 m3/h/pessoa.

g. descartar as sujidades sólidas, retiradas do sistema de climatização após a limpeza, acondicionadas em sacos de material resistente e porosidade adequada, para evitar o espalhamento de partículas inaláveis.

Art. 6º Os proprietários, locatários e prepostos, responsáveis por sistemas de climatização com capacidade acima de 5 TR ( 15.000 kcal/h = 60.000 BTU/H), deverão manter um responsável técnico habilitado, com as seguintes atribuições:

a. implantar e manter disponível no imóvel um Plano de Manutenção, Operação e Controle – PMOC, adotado para o sistema de climatização. Este Plano deve conter a identificação do estabelecimento que possui ambientes climatizados, a descrição das atividades a serem desenvolvidas, a periodicidade das mesmas, as recomendações a serem adotadas em situações de falha do equipamento e de emergência, para garantia de segurança do sistema de climatização e outras de interesse, conforme especificações contidas no Anexo I deste Regulamento Técnico e NBR 13971/97 da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT.

b. garantir a aplicação do PMOC por intermédio da execução contínua direta ou indireta deste serviço.

c. manter disponível o registro da execução dos procedimentos estabelecidos no PMOC.

d. divulgar os procedimentos e resultados das atividades de manutenção, operação e controle aos ocupantes.

Parágrafo Único. O PMOC deverá ser implantado no prazo máximo de 180 dias, a partir da vigência deste Regulamento Técnico.

Art. 7º O PMOC do sistema de climatização deve estar coerente com a legislação de Segurança e Medicina do Trabalho. Os procedimentos de manutenção, operação e controle dos sistemas de climatização e limpeza dos ambientes climatizados, não devem trazer riscos a saúde dos trabalhadores que os executam, nem aos ocupantes dos ambientes climatizados.

Art. 8º Os órgãos competentes de Vigilância Sanitária farão cumprir este Regulamento Técnico, mediante a realização de inspeções e de outras ações pertinentes, com o apoio de órgãos governamentais, organismos representativos da comunidade e ocupantes dos ambientes climatizados.

Art. 9º O não cumprimento deste Regulamento Técnico configura infração sanitária, sujeitando o proprietário ou locatário do imóvel ou preposto, bem como o responsável técnico, quando exigido, às penalidades previstas na Lei n.º 6.437, de 20 de agosto de 1977, sem prejuízo de outras penalidades previstas em legislação específica.

Art. 10º Este Regulamento Técnico entra em vigor na data da sua publicação, revogadas as disposições em contrário.
 
 

JOSÉ SERRA
 
 
 

ANEXO I

PLANO DE MANUTENÇÃO, OPERAÇÃO E CONTROLE – PMOC.






1 - Identificação do Ambiente ou Conjunto de Ambientes:
 
 
Nome (Edifício/Entidade)
Endereço completo  N.º
Complemento Bairro  Cidade UF
Telefone: Fax:

2 - Identificação do  Proprietário,  Locatário ou  Preposto:
 
 
Nome/Razão Social CIC/CGC
Endereço completo Tel./Fax/Endereço Eletrônico

3 - Identificação do Responsável Técnico:
 
 
Nome/Razão Social CIC/CGC
Endereço completo Tel./Fax/Endereço Eletrônico
Registro no Conselho de Classe  ART*

* ART = Anotação de Responsabilidade Técnica

4 – Relação dos Ambientes Climatizados:
 
 
Tipo de Atividade
N.º de Ocupantes
Identificação do Ambiente ou Conjunto de Ambientes
Área Climatizada Total
Carga Térmica
Fixos Flutuantes
           
           
           
           

NOTA: anexar Projeto de Instalação do sistema de climatização.

5 - Plano de Manutenção e Controle
 
 
Descrição da atividade
Periodicidade
Data de execução
Executado por
Aprovado por
a) Condicionador de Ar (do tipo "expansão direta" e "água gelada")
verificar e eliminar sujeira, danos e corrosão no gabinete, na moldura da serpentina e na bandeja;        
limpar as serpentinas e bandejas        
verificar a operação dos controles de vazão;        
verificar a operação de drenagem de água da bandeja;        
verificar o estado de conservação do isolamento termo-acústico ;        
verificar a vedação dos painéis de fechamento do gabinete;        

 
 
 
 
 
Descrição da atividade
Periodicidade
Data de execução
Executado por
Aprovado por
verificar a tensão das correias para evitar o escorregamento;        
lavar as bandejas e serpentinas com remoção do biofilme (lodo), sem o uso de produtos desengraxantes e corrosivos;        
limpar o gabinete do condicionador e ventiladores (carcaça e rotor).        
verificar os filtros de ar:        
  • filtros de ar (secos)
verificar e eliminar sujeira, danos e corrosão;        
medir o diferencial de pressão;        
verificar e eliminar as frestas dos filtros;        
limpar (quando recuperável) ou substituir (quando descartável) o elemento filtrante.        
  • filtros de ar (embebidos em óleo)
verificar e eliminar sujeira, danos e corrosão;        
medir o diferencial de pressão;        
verificar e eliminar as frestas dos filtros;        
lavar o filtro com produto desengraxante e inodoro;        
pulverizar com óleo (inodoro) e escorrer, mantendo uma fina película de óleo.        
b) Condicionador de Ar (do tipo "com condensador remoto" e "janela")
verificar e eliminar sujeira, danos e corrosão no gabinete, na moldura da serpentina e na bandeja;        
verificar a operação de drenagem de água da bandeja;        
verificar o estado de conservação do isolamento termo- acústico (se está preservado e se não contém bolor);        
verificar a vedação dos painéis de fechamento do gabinete;        
lavar as bandejas e serpentinas com remoção do biofilme (lodo), sem o uso de produtos desengraxantes e corrosivos;        
limpar o gabinete do condicionador.        
verificar os filtros de ar:        
  • filtros de ar
verificar e eliminar sujeira, danos e corrosão;        
verificar e eliminar as frestas dos filtros;        
limpar o elemento filtrante.        
c) Ventiladores
verificar e eliminar sujeira, danos e corrosão;        
verificar a fixação;        
verificar o ruído dos mancais;        
lubrificar os mancais;        
verificar a tensão das correias para evitar o escorregamento;        
verificar vazamentos nas ligações flexíveis;        
verificar a operação dos amortecedores de vibração;        

 
 
 
 
 
Descrição da atividade
Periodicidade
Data de execução
Executado por
Aprovado por
verificar o acionamento mecânico;        
lubrificar os mancais;        
Observações:

1. Não é recomendado o uso de umidificador de ar por aspersão que possui bacia de água no interior do duto de insuflamento ou no gabinete do condicionador. 

2. É necessária a existência de registro de ar no retorno e tomada de ar externo, para garantir a correta vazão de ar no sistema.

 

e) Dutos, Acessórios e Caixa Pleno para o Ar
verificar e eliminar sujeira (interna e externa), danos e corrosão;        
verificar a vedação das portas de inspeção em operação normal;        
verificar e eliminar danos no isolamento térmico;        
verificar a vedação das conexões.        
  • bocas de ar para insuflamento e retorno do ar
verificar e eliminar sujeira, danos e corrosão;        
verificar a fixação;        
medir a vazão;        
  • dispositivos de bloqueio e balanceamento.
verificar e eliminar sujeira, danos e corrosão;        
verificar o funcionamento;        
f) Ambientes Climatizados
verificar e eliminar sujeira, odores desagradáveis, fontes de ruídos, infiltrações, armazenagem de produtos químicos, fontes de radiação de calor excessivo, e fontes de geração de microorganismos;        
g) Torre de Resfriamento
verificar e eliminar sujeira, danos e corrosão ;        
Notas: 

1) As práticas de manutenção acima devem ser aplicadas em conjunto com as recomendações de manutenção mecânica da NBR 13.971 - Sistemas de Refrigeração, Condicionamento de Ar e Ventilação - Manutenção Programada da ABNT, assim como aos edifícios da Administração Pública Federal o disposto no capítulo Práticas de Manutenção, Anexo 3, itens 2.6.3 e 2.6.4 da Portaria n.º 2296/97, de 23 de julho de 1997, Práticas de Projeto, Construção e Manutenção dos Edifícios Públicos Federais, do Ministério da Administração Federal e Reforma do Estado – MARE. O somatório das práticas de manutenção para garantia do ar e manutenção programada visando o bom funcionamento e desempenho térmico dos sistemas, permitirá o correto controle dos ajustes das variáveis de manutenção e controle dos poluentes dos ambientes.

2) Todos os produtos utilizados na limpeza dos componentes dos sistemas de climatização, devem ser biodegradáveis e estarem devidamente registrados no Ministério da Saúde para esse fim.

3) Toda verificação deve ser seguida dos procedimentos necessários para o funcionamento correto do sistema de climatização. 

 

6 – Recomendações aos usuários em situações de falha do equipamento e outras de emergência:
 
 
Descrição:
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 

ANEXO II

Classificação de filtros de ar para utilização em ambientes climatizados, conforme

recomendação normativa 004-1995 da SBCC



 
 
 
Classe de filtroGrossos
G0
30-59
 
G1
60-74
 
G2
75-84
 
G3
85 e acima
Finos
F1
40-69
 
F2
70-89
 
F3
90 e acima
Absolutos
A1
85-94,9
 
A2
95-99,96
 
A3
99,97 e acima

Notas:
 
 

  1. métodos de ensaio:

  2.  

     
     
     
     
     

    Classe G: Teste gravimétrico, conforme ASHRAE* 52.1 – 1992(arrestance)

    Classe F: Teste colorimétrico, conforme ASHRAE 52.1 – 1992 (dust spot)

    Classe A: Teste fotométrico DOP TEST, conforme U.S. Militar Standart 282

    *ASHRAE – American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers, Inc.

  3. Para classificação das áreas de contaminação controlada, referir-se a NBR 13700 de junho de 1996, baseada na US Federal Standart 209E de 1992.
  4. SBCC – Sociedade Brasileira de Controle da Contaminação
 

 


Termodinâmica – Conceitos Iniciais

1.  Introdução
Os conceitos de Termodinâmica foram desenvolvidos a partir da observação do mundo físico, no sentido de melhor descrever as interações e transformações da energia e, conseqüentemente, prever o seu comportamento. Esta tarefa mostrou extremamente complexa e de uso limitado para aplicações práticas. Sendo assim, foram propostos os chamados modelos, que tentam explicar estas situações complexas através de simplificações e/ou aproximações que permitem a obtenção de soluções próximas da realidade e com uma razoável precisão dentro de uma determinada faixa de aplicação.
Antes de entrarmos nos detalhes quanto à análise destes modelos devemos definir algumas propriedades que nos serão úteis nesta tarefa.

2.  Algumas propriedades e conceitos importantes

2.1. Temperatura (T): a temperatura de uma substância indica um nível de estado térmico dessa substância e a sua possibilidade de trocar energia com uma outra substância. Uma substância a uma temperatura m ais alta em contato com outra substância a uma temperatura mais baixa cede energia. Um aspecto importante da temperatura é que sua avaliação é sempre feita por comparação. Portanto, quando estamos medindo a temperatura de uma substância, estamos na verdade deixando esta substância e o termômetro trocarem energia (calor) até que ambos estejam no mesmo nível de energia (ou seja, na mesma temperatura). Duas escalas de temperatura são comumente usadas: a Celsius ( ºC) e a Fahrenheit (ºF). Os fatores de conversão de uma escala para outra são:

ºC = 5/9 (ºF – 32) e ºF = 9/5 (ºC + 32)2

Existe também a chamada escala absoluta de temperatura que no sistema internacional recebe o nome de kelvin (K). O fator de conversão de uma para outra é: K = ºC + 273,15

2.2. Pressão (P): esta propriedade é definida como a força normal que atua sobre uma superfície dividida pela área desta superfície. A pressão pode ser dita manométrica (também chamada relativa ou efetiva) quando seu valor é avaliado em relação à pressão atmosférica, ou absoluta quando avaliada a partir do vácuo absoluto. As unidades mais comuns para a pressão são atm, bar, psi, mmHg, mmH2O e kPa. A pressão atmosférica normal ou padrão vale:

1 atmosfera padrão =
          760 mmHg
          1,01325 x 105 N/m2 = 101,325 kPa
          1,01325 bar
          14,969 Ibf/in2
          760 Torr
          29,92 in Hg

2.3. Densidade (p) e volume específico (v): a densidade de um fluido é a massa do mesmo dividida pelo volume que ele ocupa. Às vezes a densidade é também conhecida por massa específica. Já o volume específico é o volume ocupado pelo fluido dividido pela sua massa. Como pode-se verificar, a densidade é o inverso do volume específico. A unidade mais comum para a densidade é o kg/m3 e, portanto m3/kg para o volume específico.

2.4. Calor Específico (c): calor específico de uma substância é a energia necessária para elevar de 1 ºC a temperatura de 1 kg dessa substância. A avaliação dessa propriedade pode ser feita através de dois processos de transferência de calor: a volume constante ou a pressão constante. No nosso caso, o mais utilizado será o calor específico a pressão constante (cp), por ser este o processo mais comum encontrado na área de refrigeração e ar condicionado. As unidades mais utilizadas para o calor específico são: J/kg.ºC (ou kj/kgºC) e kcal/kgºC.

2.5. Energia Interna (u): é a forma de energia acumulada pela substância devido ao seu movimento ou agitação molecular e as forças de interação moleculares. A energia interna específica, u, é definida como a energia interna de uma substância por unidade de massa. As unidades da energia interna e da energia interna específica no sistema internacional são J e J/kg, respectivamente.

2.6. Entalpia (H): a entalpia, H, é a propriedade que combina as propriedades energia interna, pressão e volume. Esta propriedade aparece em associação com análises que envolvem volume de controle e fluxos mássicos. Analogamente à energia interna, pode-se definir a entalpia específica, h, ou seja, a entalpia por unidade de massa da substância. A relação entre entalpia específica e as outras propriedades é dada por:

    h = u + Pv    (01)

2.7. Energia potencial (EP): é a energia relacionada à ação da gravidade sobre um objeto que se encontra numa determinada cota acima de um plano de refer6encia (por exemplo a superfície da Terra). Assim, tem-se que:

     EP = mgz (02)   Onde m é a massa do objeto, g é a aceleração da gravidade local (=9,8 m/s2) e z é a cota acima do plano de referência.

2.8. Energia cinética (EC): é a energia relacionada com a velocidade de um objeto. Assim:

     EC = ( mV2 )/2 (03)   Onde m é a massa do objeto e V a velocidade do objeto.

2.9.  Calor (Q): quantidade de energia transferida entre dois corpos ou duas substâncias em função de uma diferença de temperatura ou de concentração existente entre os mesmos. O fluxo de calor é representado por Q, cuja unidade no sistema internacional é J/s ou W.

2.10. Trabalho (W): quantidade de energia necessária para o deslocamento x de uma pistão devido a uma força F que atua sobre o mesmo. Outro exemplo de trabalho é a energia elétrica que é fornecida a um motor elétrico para o acionamento de um compressor ou ventilador. O fluxo de trabalho, ou pot6encia, é representado por W, cuja unidade no sistema internacional é J/s ou W.

2.11. Sistema: este temo será usado para descrever a substância, objeto ou uma região do espaço no qual concentraremos nossa atenção. Quando não existir entrada ou saída de massa do inteior de um sistema, diz-se que este é um sistema fechado. Por outro lado, quando existe entrada e/ou saída de massa, diz-se que o sistema é aberto. Outro tipo de nomenclatura é utilizar o termo sistema apenas para sistemas fechados, e utilizar o termo volume de controle para sistemas abertos.

2.12. Fronteiras do Sistema: como os sistemas estão confinados em uma determinada região, a superfície que define esta área será denominada fronteira do sistema. As fronteiras podem ou não permitir a passagem de calor e/ou trabalho e/ou massa. Quando se usa o termo volume de controle, costuma-se utilizar a expressão superfície de controle em lugar de fronteira.

3.  Equações e leis da Termodinâmica
Para definição das equações e leis da Termodinâmica que nos interessam neste fascículo, utilizaremos como caso típico um compressor, esquematizado na Fig. 1 a seguir.



Figura 1. Volume de Controle formado pelo compressor e sua superfície de controle.

O primeiro passo é definir o sistema no qual concentraremos nossa atenção. Neste caso ele será o compressor, assim estabelecemos fronteiras ao redor do sistema para melhor defini-lo, representadas pelas linhas pontilhadas na fig. 1. Como temos uma entrada e uma saída de massa do nosso sistema, ele é um sistema aberto (ou volume de controle).
Uma primeira lei básica que podemos avaliar é a de conservação de massa no volume de controle. Em termos gerais, temos que a massa que entra no sistema deve ser igual à massa que sai mais a massa que fica acumulada no interior deste sistema em um dado instante de tempo, ou seja:

Mentra = msai + macumulada       (04)

ou expressando em termos de vazões mássicas M (quantidade de massa que atravessa as fronteiras do sistema por unidade de tempo) e utilizando a nomenclatura da Fig. 1 tem-se:

m1 = m2 + macumulada / rt       (05)

Normalmente, tem-se que o compressor opera numa condição tal que não existe acúmulo de massa em seu interior. Neste caso tem-se que:

m1 = m2 = m       (06)

onde m é a vazão mássica na seção de entrada (ou saída) normalmente expressa em Kg/s. A expressão anterior é válida desde que seja admitido que não há vazamentos no compressor. Nos equipamentos reais, isto nem sempre é verdade. À medida que o conhecimento desta realidade aumenta, mais complexidade pode ser introduzida nas equações, tornando-as, cada vez mais realistas. Além disso, e Eq. (06) é válida para uma condição denominada por regime permanente, onde não ocorrem variações das vazões ao longo do tempo. Um segunda lei importante diz respeito à conservação de energia em um sistema, também conhecida como a Primeira Lei da Termodinâmica. Para cada seção (1 e 2) do nosso sistema podemos atribuir diversas propriedades, sendo as principais: pressão (p), temperatura (T), velocidade (V), entalpia (h) e cota (z). A Primeira Lei da Termodinâmica nos diz que aumento líquido da energia armazenada em um dado volume de controle é igual a quantidade de energia líquida adicionada ao mesmo. Desta forma, podemos escrever que:

     (07)

onde m é a vazão em kg/s, h é a entalpia em J/kg, V a velocidade em m/s, z a cota em m, g é a aceleração da gravidade em m/s2, Q é a taxa de transferência de energia na forma de calor (W), W é a taxa de realização de trabalho (W), E é a energia do sistema em J e t é o tempo em s.
Como, a maioria dos processos que serão analisados, estão em regime permanente, tem-se que dE/dt = 0, e portanto a Primeira Lei da Termodinâmica pode ser escrita como:

    (08)

Para finalizar, vamos utilizar os conceitos aqui apresentados para analisar um compressor que trabalhe com R-22, e para o qual são realizadas medições de pressão e temperatura na entrada e na saída, bem como da vazão mássica e da energia elétrica fornecida. Os dados coletados são apresentados na Tabela 1

TABELA 1. Medições realizadas

          Pressão de saída                  1534
          Temperatura de saída [ºC]        40
          Pressão de entrada [kPa]       498
          Temperatura de entrada [ºC]       0
          Vazão mássica [kg/s]            0,04
          Energia elétrica [W]                600

De posse dos valores medidos, avaliamos os valores das entalpias na entrada e na saída do compressor (ASHRAE, 1993), a saber:
          Entalpia específica de saída              415,87 Kj/Kg
          Entalpia específica de entrada           404,87 Kj/Kg

Rearranjando os termos da Eq. (07) temos:

 

     (09)


O termo B refere-se à variação de energia cinética e o termo C à variação da energia potencial. Estes dois termos podem ser desprezados por serem muito menores em relação ao termo referente à variação de entalpia (termo A). Desta forma, aplicando os valores encontrados na Tabela 1 temos que:
           0,04 * (415,87 – 404,87) * 1000 = Q – (-600)
           Q = - 160 W (*)

(*) Obs.: Em Termodinâmica, deve-se convencionar os sinais do trabalho e do calor trocado pelo volume de controle quando aplicamos a Primeira Lei. No nosso caso, foi feita a seguinte convenção:

Calor entrando            sinal positivo
Calor saindo                sinal negativo
Trabalho fornecido      sinal negativo
Trabalho cedido          sinal positivo

     

Além disso, no cálculo o fator de 1000 multiplicando os valores de entalpia refere-se a correção de unidade pois 1 kj equivale a 1000 J. 
Este valor encontrado para o fluxo de calor resulta das perdas ocorridas no processo de compressão devido ao atrito entre as partes móveis do compressor e da troca de energia entre o compressor e o meio que o envolve.
Este exemplo serviu apenas para mostrar o uso das equações aqui apresentadas e que serão utilizadas posteriormente, não implicando em avaliação rigorosa de um compressor ou de qualquer outro equipamento.

4.  Equação de Estado, Gás Perfeito
Existe uma relação entre as propriedades termodinâmicas de uma substância pura. Tal relação determina o estado da substância e pode ser obtida de forma experimental ou analítica. Encontramos esta relação na forma de tabelas; gráficos ou equações. Na forma de equação, esta relação é chamada de equação de estado. As equações de estado mais comuns são relações matemáticas que envolvem três propriedades: a pressão, a temperatura e o volume específico. São equações do tipo p-v=T e podem ser escritas de uma forma genérica como:

     f ( p , v , T ) = 0      (10)

Uma equação de estado pode ser apresentada de uma forma muito complexa, contendo dezenas de coeficientes e termos. Contudo, uma característica comum é que todas tendem para um mesmo limite para valores baixos de pressão e a substância ;e um gás ou vapor. Este limite de baixa pressão é dado pela seguinte expressão elementar:

     pv = RT           (11)

onde R é a constante particular do gás ou vapor em questão e se relaciona com a chamada constante universal dos gases perfeitos, por intermédio de

     R = R / M               (12)     Onde M é massa molecular do gás.

Alguns valores de R são:

           8,314 kj/kgmol.K
           1,987 kcal/kgmol.K
           847,7 kgf.m/kgmol.K

 
 

A Eq. (10) é a chamada lei dos gases ideais ou perfeitos. Todos os gases a baixa pressão se comportam como gás perfeito, incluindo os fluidos frigoríficos e o ar atmosférico. Deve se tomar cuidados ao usar esta equação quando o fluido se encontra na região de mudança de fase (no condensador ou no evaporador), pois (1) a pressão pode não ser baixa o suficiente; (2) ela só é válida para a fase do vapor do fluido. Para gases perfeitos a entalpia específica é diretamente proporcional à temperatura do gás, ou seja:

    
h = cpT      (13)

onde cp é o calor específico a pressão constante. Para a validade desta expressão, admitiu-se que a entalpia a 0 ºC vale zero. Outra grandeza que será muito útil na análise de ciclos é a relação entre os calores específicos, k, que é dada por:

    
k = cp / c v      (14)    Onde cv é o calor específico a volume constante. Pode-se escrever ainda que:

    
cp - cv = R,    Onde R está definido na equação (12).

Valores selecionados das propriedades termodinâmicas de alguns gases e vapores encontram-se na Tabela 2.

Tabela 2. Resumo de algumas propriedades de vários gases a pressão normal e temperatura de 300 K*.


Extraído da Tabela A8 da referência 1 e do Capítulo 17 da referência 2.

5.   Referências Bibliográficas
1.Van Wylen, G.J.; Sonntag, R.E. Fundamentos da Termodinâmica Clássica. 3ª edição, Editora Edgard Blücher, 1993
2. Stoecker, W.F.; Jones, J.W. Refrigeração e Ar Condicionado. Editora MacGrw-Hill. 1985
3. ASHRAE Handbook of Fundamentals. 1993 
Fonte:   Revista do Frio
www.revistadofrio.com.b