MAPA - EMEC - MÁQUINAS TÉRMICAS - 52_2026
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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.
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