MAPA – MÁQUINAS TÉRMICAS – 52_2025

MAPA – MÁQUINAS TÉRMICAS – 52_2025

MAPA – Máquinas Térmicas

Olá, estudantes!

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, por exemplo.

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 um impacto direto na economia de combustível e na redução de poluentes.

Além disso, as máquinas térmicas são fundamentais para a geração de energia elétrica, onde 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 M.A.P.A. teremos como objetivo:

– Avaliar como as propriedades e funcionamento de um sistema térmico.
– Realizar cálculos e dimensionar a capacidade de funcionamento.
– Verificar a operação e desempenho do sistema.

CONTEXTUALIZAÇÃO

Como engenheiro responsável pela supervisão de projetos na área de sistemas mecânicos, você foi solicitado a avaliar um sistema de climatização utilizado em um centro comercial na sua cidade. O cliente relatou que os equipamentos de ar-condicionado central, instalados há mais de 20 anos, apresentam baixo desempenho e alto consumo de energia, impactando diretamente nos custos operacionais e no conforto térmico dos ocupantes. Sendo assim, o cliente solicitou uma avaliação para verificar a possibilidade de um retrofit, ou seja, uma substituição desse sistema por um mais atual e eficiente. Você foi até o local e solicitou algumas informações ao responsável da manutenção, sobre o sistema, o qual repassou os seguintes dados:

– O sistema opera com fluido refrigerante R-134a.
– O fluido refrigerante é admitido no compressor no estado de vapor superaquecido a 0,08 MPa e -10°C.
– Após a compressão o fluido encontra-se a 0,8 MPa e 62,7°C.
– O refrigerante é então resfriado até 0,75 MPa como líquido saturado.
– Posteriormente, o fluido é expandido até 0,08 MPa.
– Você verificou também que a carga térmica no local é de 10,0 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 a carga térmica de projeto.
3 – Calcule a potência requerida pelo compressor, em kW.

Sabendo que, atualmente, sistemas mais comuns operam com um COP de aproximadamente 4,0, você avalia que o sistema está operando de maneira adequada ou ainda é possível melhorar o sistema? JUSTIFIQUE sua resposta.

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