MAPA – EMEC – MÁQUINAS TÉRMICAS – 52_2026

M.A.P.A. – MÁQUINAS TÉRMICAS

 
Olá, estudante!
Podemos afirmar que as máquinas térmicas são essenciais no campo da engenharia, pois convertem energia térmica em trabalho mecânico ou utilizam energia mecânica para realizar processos, sendo fundamentais para uma vasta gama de aplicações em diversas indústrias. Sua importância vai além de sua presença no nosso cotidiano, como nos sistemas de transporte, geração de energia e sistemas de climatização, estendendo-se também a áreas críticas, como a refrigeração e o aquecimento de processos específicos, como em ambientes hospitalares.
Essas máquinas operam com base nos princípios da termodinâmica, que governam a conversão de energia entre calor e trabalho. A compreensão do funcionamento das máquinas térmicas é crucial para otimizar a eficiência dos sistemas e reduzir os impactos ambientais, principalmente no que diz respeito ao consumo de combustíveis fósseis e às emissões de gases de efeito estufa. Por exemplo, nos motores de combustão interna, a eficiência da conversão de energia térmica gerada pela queima de combustível em trabalho mecânico tem impacto direto na economia de combustível e na redução de poluentes.
Além disso, as máquinas térmicas são fundamentais para a geração de energia elétrica, em que ciclos termodinâmicos são aplicados em usinas para a conversão de calor em eletricidade. Esse processo é vital para o abastecimento energético de países e para o funcionamento de toda a infraestrutura industrial e comercial.
No campo da refrigeração, as máquinas térmicas são responsáveis pela criação de ambientes controlados de temperatura, essenciais para a preservação de alimentos, medicamentos e outros produtos sensíveis, além de desempenharem um papel-chave em processos industriais que exigem controle preciso da temperatura e umidade. Sistemas de ar-condicionado e refrigeradores domésticos também são exemplos de aplicação das máquinas térmicas.
Nesta atividade MAPA, você atuará como responsável por um diagnóstico completo de um sistema de refrigeração em operação.
 

CONTEXTUALIZAÇÃO

 
Você foi contratado como engenheiro mecânico especialista em sistemas térmicos para realizar uma auditoria energética em um hospital de médio porte, localizado em uma região de clima quente e úmido, onde a demanda por climatização é elevada durante praticamente todo o ano.
Nesse ambiente, o controle de temperatura e umidade é crítico, especialmente em áreas de ambientes hospitalares, como:
– Centros cirúrgicos.
– Unidades de terapia intensiva (UTI).
– Laboratórios e armazenamento de medicamentos.
– Áreas de internação.
 
Falhas ou variações nas condições térmicas podem comprometer não apenas o conforto dos ocupantes, mas também a segurança dos pacientes e a conservação de insumos hospitalares.
O sistema de climatização existente foi instalado há aproximadamente 18 anos e opera continuamente. Nos últimos anos, a administração do hospital observou:
– Aumento significativo no consumo de energia elétrica.
– Redução da capacidade de resfriamento em horários de pico.
– Necessidade frequente de manutenção corretiva.
 
Diante desse cenário, foi solicitada uma avaliação técnica detalhada para verificar o desempenho do sistema e identificar oportunidades de melhoria ou substituição (retrofit).
 
O sistema analisado opera com um ciclo de compressão de vapor, utilizando o fluido refrigerante R-134a, composto pelos seguintes elementos principais:
– Compressor.
– Condensador.
– Válvula de expansão.
– Evaporador.
  
Durante a inspeção, foram coletados os seguintes dados operacionais:
 
– O fluido refrigerante entra no compressor como vapor superaquecido a 0,10 MPa e -5 °C.
– Após a compressão, o fluido atinge 0,90 MPa.
– No condensador, o fluido é resfriado até líquido saturado.
– Em seguida, passa pela válvula de expansão, reduzindo sua pressão para 0,10 MPa.
– A carga térmica que o sistema atende é de 12 kW.
 
Com base nesses dados, seu objetivo é apresentar um diagnóstico detalhado, apontando as principais deficiências do sistema e propondo soluções que garantam maior eficiência energética, conforto ambiental e redução dos custos operacionais (despreze a perda de carga e a transferência de calor nas linhas de conexão entre os elementos do sistema).
 
Diante dessas informações, determine os seguintes parâmetros para o sistema:

1 – Esboce um diagrama PxH para o ciclo proposto.
2 – Calcule a vazão mássica, em kg/s, de fluido refrigerante necessária para atender à carga térmica.
3 – Calcule a potência requerida pelo compressor, em kW.
 
Sabendo que atualmente sistemas mais comuns operam com um COP de aproximadamente 4,5, você avalia que o sistema está operando de maneira adequada ou ainda é possível melhorar o sistema? Justifique sua resposta.