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ENGENHARIA MECATRÔNICA E ELÉTRICA – SISTEMAS 
MECÂNICOS 
ALEXSANDRO CARLOS DE OLIVEIRA - 23402020 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMAS MECÂNICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ariquemes 
2023 
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ALEXSANDRO CARLOS DE OLIVEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMAS MECÂNICOS 
 
 
 
 
Trabalho apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica do 
Centro Universitário ENIAC para a disciplina de Sistemas 
Mecânicos. 
Professores: Maria Cristina Tagliari Diniz e Márcio Dias 
Felix. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ariquemes 
2023 
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INTRODUÇÃO 
 
A geração de vapor por meio de caldeiras é um processo fundamental em 
diversas aplicações industriais e de geração de energia. Esse sistema complexo 
envolve a transformação de água líquida em vapor superaquecido, por meio da 
aplicação de energia térmica. Nesse contexto, é essencial compreender os princípios 
envolvidos na transferência de calor e na transformação de fase da água. Esta 
atividade proposta tem como objetivo aprofundar nosso conhecimento nessa área, 
abordando cálculos relacionados ao calor utilizado em caldeiras e a expressão que 
relaciona o fluxo de calor com a transformação de líquido para vapor. Vamos explorar 
como calcular o calor envolvido nesse processo e sua relação com os parâmetros 
termodinâmicos da água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.Sistemas Mecânicos 
1.1 Estudo de caso 
Uma caldeira ou gerador de vapor é um dispositivo usado para criar vapor, 
aplicando energia térmica à água. Embora as definições sejam um pouco flexíveis, 
pode-se dizer que os geradores de vapor mais antigos eram comumente denominados 
de caldeiras e trabalhavam em baixa a média pressão (7–2.000 kPa ou 1–290 psi), 
mas, em pressões acima disso, é mais comum falar de um gerador de vapor. Uma 
caldeira ou gerador de vapor é usado sempre que uma fonte de vapor é necessária. 
A forma e o tamanho dependem da aplicação: motores a vapor móveis, como 
locomotivas a vapor, motores portáteis e veículos rodoviários movidos a vapor, 
normalmente usam uma caldeira menor que faz parte integrante do veículo; Motores 
a vapor estacionários, instalações industriais e usinas de energia normalmente terão 
uma instalação de geração de vapor separada maior conectada ao ponto de uso por 
tubulação. 
 A figura abaixo ilustra uma caldeira a vapor e a seguir temos o diagrama 
esquemático simplificado. 
Figura 01: Caldeira a vapor 
 
Fonte: https://www.jefferson.ind.br/conteudos/caldeira-a-vapor.html 
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Figura 02: Diagrama esquemático simplificado 
 
Fonte: Portal ENIAC, Portfólio Sistemas Mecânicos 
Para monitorar o funcionamento correto são instalados sensores de nível de 
água (N), temperatura do vapor (T), vazão do vapor (V) e monóxido de carbono. 
Inclusive estes sensores podem ser utilizados para gerar um sistema de alarme com 
identificação de falhas. 
 
2. Atividade Proposta 
1) Calcular a expressão do calor utilizado em uma caldeira em regime 
permanente (fechado) para transformar água do estado líquido para o estado de 
vapor superaquecido. Suponhamos que a quantidade de vapor seja 𝑚v =15.000 
(kg/h), que ˙ o líquido entre na caldeira saturado à 5 MPa e que o vapor saia na 
mesma pressão à 500°C. 
Q = m * (h₂ - h₁) 
Q = 15.000 kg/h * (1/3600 h/s) * (3533,8 kJ/kg - 2866,6 kJ/kg) 
Calculo: 
Q = (15.000 kg/h) * (1/3600 h/s) * (3533,8 kJ/kg - 2866,6 kJ/kg) Q = (15.000 * 1/3600) 
* (3533,8 - 2866,6) kJ/s 
Q ≈ 207,29 kJ/s (ou kW) 
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Portanto, a quantidade de calor utilizada na caldeira para transformar a água 
do estado líquido para o estado de vapor superaquecido é aproximadamente 207,29 
kW. 
 
2) Representar a expressão calculada no item 1 em função do fluxo de 
calor pela caldeira (𝑄 v ˙ 𝑒) 𝑒 𝑚˙ 
Q = m * (h₂ - h₁) 
𝑄 v̇ = Q / Δt 
Onde Δt é o intervalo de tempo. Substituindo o valor de Q na equação, temos: 
𝑄 v̇ = (m * (h₂ - h₁)) / Δt 
Agora, a expressão está em função do fluxo de calor pela caldeira (𝑄 v̇). 
 
3) Essa expressão pode ser utilizada sempre que se desejar o calor 
transferido dentro da caldeira necessário para a transformação do líquido com 
entalpia de entrada he (energia de entrada) em vapor com entalpia de saída hs 
energia de saída) 
- Nesse caso suponha que: 
- A entalpia de entrada (he)da água para a pressão de 50 bar e que se trata de líquido 
saturado (100% líquido) vale he= 1154,21kJ/kg e hs=3433,8 kJ/kg para temperatura 
de 500°C e 5 MPa e calcule o fluxo de calor 𝑄 ˙ 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 03: Diagrama entrada e saída 
 
 Fonte: IENO, 2014 
he = 1154,21 kJ/kg 
hs = 3433,8 kJ/kg 
m = 15.000 kg/h 
Q = m * (hs - he) 
Substituindo os valores fornecidos: 
Q = 15.000 kg/h * (3433,8 kJ/kg - 1154,21 kJ/kg) 
Q = 15.000 kg/h * (2279,59 kJ/kg) 
Q = 34.193.850 kJ/h 
Converter de kJ/h para kW, dividindo por 3,6 (porque 1 kW = 3,6 kJ/h): 
Q = 34.193.850 kJ/h ÷ 3,6 
Q ≈ 9.498.847,22 kW 
O fluxo de calor necessário na caldeira é de aproximadamente 9.498.847,22 kW. 
 
 
 
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CONCLUSÃO 
 
 
A atividade proposta nos proporcionou uma compreensão mais profunda do 
funcionamento das caldeiras e da geração de vapor, processos essenciais em muitas 
indústrias e usinas de energia. Através dos cálculos realizados, pudemos calcular o 
calor necessário para transformar água líquida em vapor superaquecido, 
considerando parâmetros como entalpia e temperatura. Além disso, aprendemos a 
representar essa expressão em função do fluxo de calor pela caldeira, o que é 
fundamental para o monitoramento e otimização desses sistemas. 
É importante destacar que o conhecimento adquirido nesta atividade não 
apenas contribui para a compreensão teórica, mas também tem aplicações práticas 
na indústria, onde a eficiência energética e a segurança operacional das caldeiras são 
de extrema importância. A capacidade de calcular e entender o calor envolvido nesse 
processo é valiosa para profissionais que atuam nesse campo, contribuindo para a 
operação eficiente e segura desses equipamentos. Portanto, esta atividade 
representa mais um passo em direção ao domínio dos princípios da termodinâmica 
aplicados à geração de vapor em caldeiras. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
JEFFERSON ENGENHARIA DE PROCESSOS INDUSTRIAIS. Cadeira a Vapor. 
Disponível em: https://www.jefferson.ind.br/conteudos/caldeira-a-vapor.html. Acesso 
em: 02 de outubro de 2023 
WOMACK, James P. e JONES Daniel T. A Mentalidade Enxuta nas Empresas: 
Elimine o Desperdício e Crie Prosperidade, Editora Campus, 2005; 
TOLEDO, José Carlos. A Sua Influência na Eficiência dos Processos Produtivos, 
Editora Atlas, 2004