Maquinas térmicas (Definição e Classificação)

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Maquinas térmicas (Definição e 
Classificação)
Apresentação
A aplicação de máquinas térmicas iniciou no século XVIII, focada principalmente no 
desenvolvimento de meios para propulsão de máquinas. Com o advento da revolução industrial, 
elas foram incorporadas ao processo produtivo, trazendo como consequência direta o aumento da 
capacidade de produção. A partir desse fato, houve uma abrangência na sua utilização, sendo 
atualmente empregadas em diversas áreas como meios de transporte, processos fabris, máquinas 
industriais e conversão de energia.
Com o aumento e a diversidade da sua utilização, houve a necessidade do desenvolvimento das 
áreas de metalurgia, materiais e processos de fabricação, considerando principalmente a sua 
aplicação e eficiência energética. Portanto as máquinas térmicas estão presentes em diversas áreas 
tecnológicas, tornando-se necessário o entendimento sobre elas.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar o surgimento e a importância das máquinas 
térmicas, aprender as definições e a classificação das máquinas térmicas e entender como ocorre a 
transformação de calor em trabalho por meio das máquinas térmicas.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Reconhecer a importância das máquinas térmicas e as circunstâncias de seu surgimento.•
Analisar a classificação das máquinas térmicas e suas definições.•
Identificar como ocorre a transformação de calor em trabalho por meio das máquinas 
térmicas.
•
Desafio
A máquina térmica é um dispositivo capaz de transformar energia térmica em energia mecânica. 
Também podemos dizer que ela transforma calor em trabalho.
A Solutionary Consultoria é uma empresa que atua na área de energia, em projetos cujo foco é o 
planejamento e desenvolvimento de soluções. Uma das áreas da Solutionary é a de 
termoeletricidade, na qual você trabalha. Uma nova demanda foi encaminhada, proveniente de uma 
concessionária de energia, que consiste da seguinte situação:
O desenvolvimento de novos materiais utilizados em geradores termoelétricos está em constante 
evolução, tendo como um dos objetivos a obtenção de melhor eficiência térmica. Para atingir maior 
eficiência térmica e, consequentemente, melhor rendimento, a dificuldade consiste em que o 
material tenha baixa condutividade térmica e alta condutividade elétrica, conseguindo dessa forma 
gerar energia sem um alto percentual de perdas. Para isso, é preciso avaliar alguns novos materiais 
termoelétricos, que apresentam as seguintes características:
A temperatura de operação do material é na faixa de 25 a 30 °C.
De acordo com os dados fornecidos, responda às seguintes questões:
a) Em relação à temperatura, considerando que a temperatura de operação é o ponto mais frio do 
processo, qual dos materiais acima teria a possibilidade de realizar maior transformação de calor em 
trabalho?
b) Considerando as características do ponto de fusão e condutividade térmica, qual material teria 
melhor eficiência térmica?
Infográfico
Nas máquinas térmicas de transformação de energia, tanto as máquinas de deslocamento positivo 
quanto as máquinas de fluxo utilizam um fluido em seu meio. 
A diferença entre as duas é que na primeira o fluido fica confinado em alguma região do 
equipamento, enquanto na segunda isso não ocorre, havendo fluxo contínuo através da máquina.
Dessa forma, a utilização dessas máquinas deve atender uma determinada classificação. Veja no 
Infográfico a seguir.
Aponte a câmera para o 
código e acesse o link do 
conteúdo ou clique no 
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https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/b34a28b8-fcab-4b84-8d0c-c0b412064c89/41e85c07-54b3-4950-9111-ba500b9bd472.png
Conteúdo do livro
Para a compreensão no estudo das máquinas térmicas, é preciso entendermos qual a sua definição 
e como são classificadas. Basicamente temos dois grandes grupos: as máquinas direcionadas 
à realização de trabalho e as máquinas de transformação de energia. Ambas estão baseadas na 
termodinâmica, cujos conceitos de trabalho e energia são fundamentais para o seu estudo.
Na obra Máquinas térmicas, leia o capítulo Máquinas térmicas (definição e classificação), base 
teórica desta Unidade de Aprendizagem.
Boa leitura.
MÁQUINAS 
TÉRMICAS 
Gerson Paz Teixeira 
 
Máquinas térmicas 
(definição e classificação)
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Reconhecer a importância das máquinas térmicas e as circunstâncias 
de seu surgimento.
 � Analisar a classificação das máquinas térmicas e suas definições.
 � Identificar como ocorre a transformação de calor em trabalho por 
meio das máquinas térmicas.
Introdução
A aplicação de máquinas térmicas teve início no século XVIII e estava 
focada principalmente no desenvolvimento de meios para a propulsão 
de máquinas. Com a Revolução Industrial, as máquinas térmicas foram 
incorporadas ao processo produtivo, aumentando a capacidade de pro-
dução. A partir desse fato, houve uma abrangência em sua utilização e, 
atualmente, são empregadas em diversas áreas, como meios de trans-
porte, processos fabris, máquinas industriais e conversão de energia. 
Com o aumento da diversidade de sua utilização, surgiu a necessidade 
do desenvolvimento das áreas de metalurgia, materiais e processos de 
fabricação, considerando, principalmente, a sua aplicação e eficiência 
energética. Assim, as máquinas térmicas estão presentes em diversas 
áreas tecnológicas, tornando-se necessário o seu entendimento.
Neste capítulo, você vai estudar o surgimento e a importância das 
máquinas térmicas, aprender sua classificação e definições e entender 
como ocorre a transformação de calor em trabalho por meio das má-
quinas térmicas.
Surgimento e importância das máquinas 
térmicas
O primeiro registro histórico deve-se a um matemático e mecânico grego 
chamado Heron de Alexandria no século I. Ele desenvolveu a primeira turbina, 
denominada Eolípila. Contudo, convém destacar que Heron desenvolveu o 
conceito primário da máquina térmica: a pressão do vapor sobre os corpos. 
Essa máquina consistia em uma esfera com dois tubos abertos. A esfera era 
preenchida com água e, quando aquecida, girava a certa velocidade, de maneira 
que a pressão era expelida pelos tubos. A Figura 1 traz o modelo dessa máquina.
Figura 1. Primeira turbina desenvolvida por Heron de Alexandria.
Fonte: Morphart Creation/Shutterstock.com.
Máquinas térmicas (definição e classificação)2
A aplicação de uma máquina térmica surge com o projeto a vapor de Cugnot 
Trolley em 1769. Essa máquina tinha como finalidade o transporte de canhões 
de artilharia do exército francês, sem a utilização de tração animal. O modelo 
dessa máquina é apresentado na Figura 2. 
Figura 2. Representação da máquina térmica de Cugnot Trolley.
Fonte: Bockhaus (2018).
Esse projeto consistia em uma caldeira a vapor que abastecia um motor 
de combustão interna, e sua direção era uma manivela. Essa máquina tinha 
a capacidade de tracionar até quatro toneladas com uma velocidade máxima 
de 4 km/h.
James Watt teve participação fundamental no desenvolvimento das má-
quinas térmicas. Em 1763, atuando na Universidade de Glasgow, foi chamado 
para reparar uma máquina de Newcomen. Durante a avaliação diagnóstica, 
notou que havia grande perda no sistema de arrefecimento da máquina. Após 
a implementação de uma câmara de condensação, houve um acréscimo de 
75% em seu rendimento. A partir disso, James Watt desenvolveu diversos 
mecanismos que impulsionaram a utilização das máquinas a vapor. Em 1775, 
um conjunto cilindro-pistão foi utilizado no bombeamento de água na área 
urbana. Seu projeto é apresentado na Figura 3. Em 1824, foram produzidos 
1.124 equipamentos, consolidando a utilização das máquinas térmicas no 
processo produtivo.
3Máquinas térmicas (definição e classificação)
Figura 3. Conjunto cilindro-pistão com câmara de condensação.
Fonte: Adaptada de WATT’S Engine (2018).Entrada
do vapor
Pistão
Cilindro
Condensador
Desde então, o desenvolvimento e a utilização de máquinas térmicas cres-
ceu em larga escala, com aplicação nas mais diversas áreas. Citando alguns 
exemplos de aplicação temos automóveis, aviões, geradores termoelétricos 
e caldeiras.
Definições e classificação das máquinas 
térmicas
Primeiramente, temos que entender o que é uma máquina térmica. A máquina 
térmica é um dispositivo capaz de transformar energia térmica em energia 
mecânica. Também podemos dizer que ela transforma calor em trabalho. Para 
um melhor entendimento, na Figura 4 temos um modelo de máquina térmica.
Máquinas térmicas (definição e classificação)4
Figura 4. Modelo de uma máquina térmica. Tq, alta temperatura; Tf, baixa tem-
peratura; Qq, calor da fonte quente; Qf, calor da fonte fria; W, trabalho.
Fonte: Adaptada de PUC Motors (2010).
Tq > Tf
Fonte de calor à temperatura Tf
Máquina
térmica
Fonte de calor à temperatura Tq
Qq− Energia sob a forma de calor
que sai da fonte quente
W Trabalho realizado
Qf− Energia sob a forma de calor
que entra da fonte fria
Na Figura 4, a máquina está em contato com duas fontes de calor: uma fonte 
quente (alta temperatura) e uma fonte fria (baixa temperatura). Sob a forma 
de calor, a energia da fonte quente é absorvida pela máquina. Contudo, no 
momento em que o calor é processado, uma parte se transforma em trabalho, 
enquanto a outra é dissipada na fonte fria. Dessa forma, o trabalho realizado 
é a energia mecânica resultante do processo. Lembrando que, a condição 
inicial é que o valor da Tq seja maior que a Tf. A capacidade de converter a 
maior quantidade possível de calor em trabalho determina a eficiência térmica 
da máquina. Na obtenção do trabalho de uma máquina térmica, ocorre a troca 
de energia entre um sistema mecânico e um fluido. Esse fluido é chamado 
de fluido de trabalho. O fluido de trabalho pode ser líquido, gás, vapor ou 
gás de combustão.
5Máquinas térmicas (definição e classificação)
O processo no interior da máquina pode ocorrer por meio de um ciclo 
termodinâmico ou do tipo de combustão. O ciclo termodinâmico é caracte-
rizado por processos que ocorrem no sistema com a finalidade de se realizar 
trabalho. Podemos classificar os ciclos da seguinte maneira (SANTOS, 2016, 
documento on-line):
 � Máquina térmica de ciclo fechado — Nesse tipo de máquina tér-
mica, o f luido de trabalho passa por um ciclo que o obriga a apre-
sentar as mesmas condições termodinâmicas no início e no fim da 
realização de trabalho. As centrais a vapor representam esse tipo 
de máquina.
 � Máquina térmica de ciclo aberto — Nesse tipo de máquina térmica, 
as características do fluido de trabalho não são as mesmas no início e 
no fim da realização de trabalho. Os motores à combustão representam 
esse tipo de máquina.
Quando utilizamos no processo um tipo de combustão para obtenção de 
energia mecânica, podemos classificar da seguinte forma:
 � Máquinas térmicas de combustão externa — Nessas máquinas, 
o fluido de trabalho não entra em contato com os produtos da combustão 
da mistura ar-combustível. Nesse formato, é necessária a presença 
de trocadores de calor no sistema. As caldeiras são um exemplo de 
máquinas de combustão externa.
 � Máquinas térmicas de combustão interna — Nessas máquinas, 
o fluido de trabalho é justamente a mistura ar-combustível, portanto, 
não é necessária a utilização de trocadores de calor, o que aumenta 
a eficiência da máquina. Os motores de ciclo Otto são máquinas de 
combustão interna.
Como já vimos as classificações das máquinas quanto às características 
termodinâmicas, veremos agora a sua classificação quanto ao trabalho e ao 
tipo de transformação de energia.
Máquinas térmicas (definição e classificação)6
 � Classificação quanto ao trabalho:
 ■ Máquinas térmicas motrizes — Transformam energia térmica 
em trabalho mecânico. Têm como função acionar outras máquinas.
 ■ Máquinas térmicas geratrizes — Recebem o trabalho mecânico e 
transformam em energia térmica. Seu funcionamento só é possível 
quando acionadas por outras máquinas.
 � Classificação quanto ao tipo de transformação de energia:
 ■ Máquinas térmicas de deslocamento positivo — A transferência de 
energia ocorre em um sistema fechado. O sistema tem um elemento 
móvel que pode ser um pistão ou um embolo, o qual pode ter um 
movimento de translação alternada ou rotação.
 ■ Máquinas térmicas de fluxo — A transferência de energia ocorre 
em um sistema aberto. O elemento móvel é um disco ou tambor, que 
possui em sua extremidade um sistema de pás, montadas de maneira 
a formar canais por onde o fluido de trabalho escoa. O movimento 
desse elemento é rotativo.
Transformação de calor em trabalho 
Em um primeiro momento, veremos os conceitos de Calor (Q) e de Trabalho 
(W): 
Calor é definido como a forma de energia transferida entre dois sistemas (ou 
entre um sistema e sua vizinhança) em virtude da diferença de temperaturas. 
Ou seja, uma interação de energia só é calor se ocorrer devido a uma dife-
rença de temperatura. Dessa forma, não pode haver qualquer transferência 
de calor entre dois sistemas que estejam à mesma temperatura (ÇENGEL; 
BOLES, 2013, p. 60).
Ainda conforme Çengel e Boles (2013, p. 62): 
[...] trabalho é a transferência de energia associada a uma força que age ao 
longo de uma distância. Podemos simplesmente dizer que o trabalho é uma 
interação de energia que não é causada por uma diferença de temperatura 
entre um sistema e sua vizinhança.
Com o entendimento desses conceitos, analise a figura a seguir. 
7Máquinas térmicas (definição e classificação)
Fonte quente
Fonte fria
Qq
Máquina
térmica
Qf
Wrealizado
Nota-se que tem um fluxo de energia no sistema. Se Q é o calor total 
absorvido pela máquina, temos a seguinte equação:
Q = Qq + Qf
Porém, como sabemos que o calor não é totalmente aproveitado no sistema, 
a equação fica da seguinte forma:
Q = Qq – Qf
De acordo com a primeira lei da termodinâmica “a energia não pode ser 
criada nem destruída durante um processo; ela pode apenas mudar de forma”, 
que é o princípio da conservação de energia. Portanto, de acordo com a primeira 
lei, podemos afirmar que:
W = Q
Como temos perdas no processo, então:
W = Qq – Qf
Então, o trabalho realizado em máquinas térmicas será a diferença do calor 
fornecido pela fonte quente em relação ao calor absorvido pela fonte fria. Em 
algumas literaturas, o W resultante também é denominado W líquido de saída.
Máquinas térmicas (definição e classificação)8
Produção de trabalho de uma máquina térmica
O calor é transferido de uma fornalha para uma máquina térmica a uma taxa de 80 
MW. Considerando que a taxa em que o calor é rejeitado para um rio próximo é de 
50 MW, determine o trabalho realizado pela máquina. 
Solução: uma representação esquemática da máquina é apresentada na figura a 
seguir. A fornalha serve como reservatório de alta temperatura (fonte quente), e o rio, 
como reservatório frio (fonte fria). Os dados fornecidos são os seguintes:
Qq = 80 MW
Qf = 50 MW
Sabendo que W = Qq – Qf, temos:
W = 80 MW – 50 MW
W = 30 MW
Para saber a eficiência energética da máquina, teríamos que aplicar a seguinte fórmula:
η = WQq
Nesse caso, a eficiência obtida seria η = 30 MW
80 MW
 = 0,375 ou 37,5%. 
Fornalha
Rio
Qq = 80 MW 
Qf = 50 MW 
Wliq, sai
MT
Fonte: Adaptado de Çengel e Boles (2013).
9Máquinas térmicas (definição e classificação)
1. Por definição, uma máquina 
térmica é aquela que consegue 
transformar energia térmica em: 
a) energia elétrica.
b) energia cinética.
c) energia mecânica.
d) energia química.
e) energia magnética.
2. Para ser realizado trabalho (W) 
em uma máquina térmica, 
existe uma condição inicial a ser 
atendida. Que condição é essa?
a) A máquina precisa ter 
uma boa eficiência. 
b) O tamanho da fonte quente tem 
que ser maior que o da fonte fria.
c) A temperatura da fonte 
quente não pode ser maior 
que a da fonte fria.
d) O tamanho da fonte fria tem que 
ser maiorque o da fonte quente.
e) A temperatura da fonte 
fria tem que ser menor 
que a da fonte quente.
3. Uma determinada máquina 
térmica tem como definição que 
a sua transferência de energia 
ocorre em um sistema fechado, 
e que os elementos que a 
compõem são móveis. Qual é a 
classificação dessa máquina?
a) Máquina térmica de ciclo aberto.
b) Máquina térmica de 
ciclo fechado.
c) Máquina térmica motriz.
d) Máquina térmica de 
deslocamento positivo.
e) Máquina térmica de fluxo.
4. Um motor absorve 10.000 J e 
realiza um trabalho de 3.000 J 
a cada ciclo. Qual será o calor 
dissipado em cada ciclo?
a) 13.000 J.
b) 7.000 J.
c) – 7.000 J.
d) 10.000 J.
e) 3.000 J.
5. Uma máquina térmica produz 
2.400 J de trabalho mecânico e 
rejeita 4.200 J de calor em cada 
ciclo. Qual será o valor de calor 
fornecido a cada ciclo e sua 
eficiência energética em percentual?
a) 6.600 J e 36,36%.
b) 1800 J e 133,33%.
c) 1800 J e 42,45%.
d) 6.600 J e 275%.
e) – 6,600 J e 36,36%.
Máquinas térmicas (definição e classificação)10
BOCKHAUS, F. A. Carro a vapor Cugnots, Paris 1769. Disponível em: <https://commons.wi-
kimedia.org/wiki/File:Nicholas-Cugnots-Dampfwagen.png>. Acesso em: 18 jun. 2018.
ÇENGEL, Y. A.; BOLES, M. A. Termodinâmica. 7. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.
FREEDMAN, R. A.; YOUNG, H. D. Física 2: termodinâmica e ondas. 14. ed. São Paulo: 
Pearson, 2016.
PUC Motors. Aplicação da 2ª Lei da Termodinâmica às máquinas térmicas. 2010. Dispo-
nível em: <http://pucmotors.blogspot.com/2010/03/aplicacao-da-2-lei-da-termodi-
namica-as.html>. Acesso em: 18 jun. 2018.
SANTOS, R. Revolução Industrial e máquinas térmicas. 2016. Disponível em: <https://
aprendafisica.wordpress.com/2016/03/11/revolucao-industrial/>. Acesso em: 20 jun. 
2018.
WATT’S Engine, 1769. Disponível em: <http://wbraga.usuarios.rdc.puc-rio.br/fentran/
termo/hist4.htm>. Acesso em: 18 jun. 2018.
11Máquinas térmicas (definição e classificação)
 
Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para 
esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual 
da Instituição, você encontra a obra na íntegra.
Conteúdo:
 
Dica do professor
Nesta Dica do Professor, iremos falar sobre uma das energias envolvidas no processo de uma 
máquina térmica: a energia mecânica. Serão abordados o seu conceito, os fatores que a compõem e 
como é obtido o seu trabalho. 
Utilizando um processo de geração de energia elétrica, vamos relacionar os conceitos teóricos com 
um exemplo prático.
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Exercícios
1) Por definição, uma máquina térmica é aquela que consegue transformar energia térmica em 
_________________________________.
A) energia elétrica.
B) energia cinética.
C) energia mecânica.
D) energia química.
E) energia magnética.
2) Para ser realizado trabalho (W) em uma máquina térmica, existe uma condição inicial a ser 
atendida. Que condição é essa?
A) A máquina precisa ter uma boa eficiência.
B) O tamanho da fonte quente tem que ser maior que a fonte fria.
C) A temperatura da fonte quente não pode ser maior que a da fonte fria.
D) O tamanho da fonte fria tem que ser maior que o da fonte quente.
E) A temperatura da fonte fria tem que ser menor que a da fonte quente.
3) Uma determinada máquina térmica tem como definição que a sua transferência de energia 
ocorre em um sistema fechado e que os elementos que a compõem são móveis. Qual a 
classificação dessa máquina?
A) Máquina térmica de ciclo aberto.
B) Máquina térmica de ciclo fechado.
C) Máquina térmica motriz.
D) Máquina térmica de deslocamento positivo.
E) Máquina térmica de fluxo.
4) Um motor absorve 10.000 J e realiza um trabalho de 3.000 J a cada ciclo. Qual será o calor 
dissipado em cada ciclo?
A) 13.000 J.
B) 7.000 J.
C) - 7.000 J.
D) 10.000 J.
E) 3.000 J.
5) Uma máquina produz 2.400 J de trabalho mecânico e rejeita 4.200 J de calor em cada ciclo. 
Qual será o valor de calor fornecido a cada ciclo e sua eficiência energética em percentual?
A) 6.600 J e 36,36%.
B) 1.800 J e 133,33%.
C) 1.800 J e 42,45%.
D) 6.600 J e 275%.
E) - 6.600 J e 36, 36%.
Na prática
A crescente preocupação com o esgotamento dos recursos energéticos indispensáveis à vida 
moderna, tais como petróleo, gás natural e carvão, está incentivando o desenvolvimento de novas 
tecnologias baseadas no uso de recursos alternativos da natureza, como energia solar, hidrelétrica, 
eólica, geotérmica e outras. 
Quanto à energia térmica, ela ocupa um lugar especial nas atividades, pois acompanha todos os 
processos industriais e da natureza. Na maioria dos casos esse calor residual é perdido, sem 
utilidade econômica, causando aquecimento do meio ambiente. A forma de aproveitá-lo é 
transformar esse calor em eletricidade. 
O fenômeno de conversão direta de calor em energia elétrica foi descoberto por Thomas Johann 
Seebeck (em 1821) e Jean Charles Athanase Peltier (em 1834). Esse fenômeno consiste na geração 
de corrente elétrica em energia térmica por um dispositivo que unindo dois materiais 
condutores sujeitos a uma variação de temperatura ligados a um galvanômetro surge uma diferença 
de potencial.
A esse conjunto de elementos ligados e sujeitos à variação de temperatura foi dado o nome de 
Termopar. Como temos um lado quente e outro frio, por meio dessa diferença de 
potencial obtemos a geração de energia elétrica. Esse dispositivo, capaz de realizar essa 
conversão, é chamado de termogerador.
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Saiba +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor:
Leis da Termodinâmica e Máquinas Térmicas
Este vídeo aborda os temas de trabalho de energia interna, primeira e segunda lei da 
termodinâmica e aplicações de máquinas térmicas.
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Termodinâmica
Este livro aborda os princípios da termodinâmica e coloca exemplos práticos de engenharia. Yunus 
Cengel e Michael A. Boles, 7.ª Edição, McGraw-Hill
Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!
Os enunciados da segunda lei da termodinâmica: uma possível 
abordagem
Este artigo apresenta uma incursão na segunda lei da termodinâmica com enfoque na equivalência 
entre seus enunciados, especificamente, entre o princípio da máxima entropia e os princípios 
associados às máquinas térmicas. 
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http://www.scielo.br/pdf/rbef/v38n1/1806-9126-rbef-38-01-1311.pdf