MULTIVIX_Máquinas-térmicas_parte2

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Máquinas térmicas 
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CICLO DE REGRIGERAÇÃO 
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3 2015 
CICLO DE REFRIGERAÇÃO 
OS REFRIGERADORES COMO MÁQUINAS TÉRMICAS 
O refrigerador funciona em ciclos, 
utilizando um fluído refrigerante em um 
circuito fechado 
1 - compressor 
 
2 - Condensador 
 
3 - válvula de expansão ou tubo capilar 
 
4 - evaporador 
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5 2015 
ETAPAS DO CICLO DA GELADEIRA 
Compressão rápida fluído refrigerante 
(adiabática); aumento da temperatura e 
pressão 
1 - compressor 
 
Como não há trocas de calor (Q=0), o 
trabalho realizado pelo compressor é 
equivalente a variação da energia 
interna da substância 
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7 2015 
ETAPAS DO CICLO DA GELADEIRA 
Inicialmente ocorre uma diminuição de 
temperatura à pressão constante (23) 
2 - Condensador 
Ao passar por uma serpentina, o freon 
perde calor, para o exterior, 
liquefazendo-se 
Seguida de uma diminuição isobárica e 
isotérmica do volume (34) 
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9 2015 
ETAPAS DO CICLO DA GELADEIRA 
Descompressão adiabática 
3- válvula de controle 
Ao sair do condensador, o fluido 
refrigerante liquefeito ainda a alta 
pressão chega a um estreitamento da 
tubulação (tubo capilar), onde ocorre 
uma diminuição da pressão 
A pressão diminui e o volume aumenta 
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11 2015 
ETAPAS DO CICLO DA GELADEIRA 
Ele se vaporiza, retirando calor do 
interior do congelador 
4 - Evaporador 
O fluído refrigerante líquido e à baixa 
pressão chega à serpentina do 
evaporador (diâmetro maior) 
Troca calor com o interior da geladeira 
a pressão e temperatura constantes, à 
medida que se expande 
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13 2015 
O trabalho externo do compressor 
é que faz com que o calor seja 
retirado do interior da geladeira 
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15 2015 
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16 2015 
CICLO DE REFRIGERAÇÃO 
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CICLO OTTO 
A quantidade de calor cedida para o ambiente (condensador) é 
igual a quantidade de calor retirada do interior da geladeira mais 
o trabalho realizado pelo compressor 
radiadorcongelador QTQ 
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A primeira ideia de máquina a vapor foi feita por Heron de 
Alexandria. 
 
Consistia em uma pequena esfera de cobre com dois 
caninhos torcidos e que continha água em seu interior. 
 
Colocada sobre um tripé e sobre o fogo, a água fervia e o 
vapor que saia pelos caninhos fazia com que a esfera 
rodasse. 
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Em 1765, James Watt, um fabricante de instrumentos para a 
Universidade de Glasgow, estudando uma máquina de 
Newcomen, procurava uma maneira de aumentar sua 
eficiência e minimizar os custos com o carvão utilizado como 
combustível. 
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máquina 
de 
Newcomen 
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James Watt elaborou uma máquina com um condensador 
que minimizava as perdas de calor e que possuía outras 
finalidades como propulsão de moinhos e tornos, pois o 
movimento de rotação substituiu o de sobe e desce. 
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A máquina de Watt teve grande êxito e acabaram 
substituindo as máquinas de Newcomen, pois além da 
versatilidade, consumiam três vezes menos carvão que 
essas. Para alguns, foi a máquina de Watt que ocasionou a 
Revolução Industrial. 
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Foi James Watt que fixou o cavalo-vapor como unidade de 
medida para determinar a potência de uma máquina. O 
cavalo-vapor é à potência necessária para elevar um metro 
de altura uma massa de 75 kg em um segundo. 
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Foi James Watt que fixou o cavalo-vapor como unidade de 
medida para determinar a potência de uma máquina. O 
cavalo-vapor é à potência necessária para elevar um metro 
de altura uma massa de 75 kg em um segundo. 
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Máquina térmica 
Em geral, uma máquina térmica faz com que alguma 
substância de trabalho realize processo(s) cíclico(s) 
durante os quais 
(1) calor é transferido de uma fonte a uma 
temperatura elevada 
(2) trabalho é feito pela máquina 
(3) calor é lançado pela máquina para uma 
fonte a uma temperatura mais baixa 
A máquina absorve calor Qq do reservatório quente, rejeita calor Qf para 
o reservatório frio e realiza trabalho Wmáq 
fq QQW máq
31 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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q
f
q
fq
q Q
Q
Q
QQ
Q
W
e 

 1
máq
Rendimento da máquina térmica 
0 WQU
máqlíq WWQ 
 
Área=Wmáq 
0U
“É impossível construir uma máquina 
térmica que, operando num ciclo, não 
produza nenhum efeito além da absorção de 
calor de um reservatório e da realização de 
uma quantidade igual de trabalho” 

A formulação de Kelvin-Planck do 
Segundo Princípio da Termodinâmica 
É impossível construir uma máquina que 
trabalhe com rendimento de 100% 
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 Máquinas Térmicas Impossíveis 
 Enunciado de Kelvin-Planck 
W 
TH 
QH 
“É impossível construir uma máquina térmica que opera num 
ciclo termodinâmico e não produza outros efeitos além 
trabalho e troca de calor com um único reservatório térmico.” 
Pois, essa máquina converteria 100% do calor fornecido em 
trabalho.” 
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 Máquinas Térmicas Impossíveis 
 Enunciado de Clausius 
“Éimpossível construir uma máquina térmica que opera 
segundo um ciclo termodinâmico e que não produza outros 
efeitos além da transferência de calor de um corpo frio para 
um corpo quente”. Pois é impossível construir um 
refrigerador que opere sem receber trabalho. 
W= 0 
TH 
TL 
QH 
QL 
34 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 Máquina Térmica Configuração A 
É possível ? 
W Realizado 
TH 
TL 
QH 
QL 
35 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 Máquina Térmica Configuração A 
 É impossível pois viola a primeira lei. 
W Realizado 
TH 
TL 
QH 
QL 
36 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 Máquina Térmica Configuração B 
 É possível ? 
W Realizado 
TH 
TL 
QH 
QL 
37 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 Máquina Térmica Configuração B 
 É possível pois não viola a primeira nem a segunda lei 
W Realizado 
TH 
TL 
QH 
QL 
38 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 Máquinas Térmicas Configuração C 
 É possível ? 
W recebido 
TH 
TL 
QH 
QL 
39 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 Máquinas Térmicas Configuração C 
 É possível pois não viola a primeira nem a segunda lei. 
As configurações B e C podem funcionar e são o reverso 
uma da outra, daí a expressão máquina térmica reversível. 
W recebido 
TH 
TL 
QH 
QL 
40 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 O Ciclo de Carnot 
1→2: Expansão isotérmica: O calor é fornecido ao fluido de forma reversível 
por um reservatório de alta temperatura a uma temperatura constante 
TH. O pistão no cilindro é movido e o volume aumenta. 
2→3: Expansão adiabática reversível: O cilindro é completamente 
isolado, de modo que nenhuma transmissão de calor ocorra 
durante esse processo reversível. O pistão continua a ser movido 
com o volume aumentando. 
3→4: Compressão Isotérmica: O calor é rejeitado pelo fluido de maneira 
reversível para um reservatório de temperatura baixa a uma 
temperatura constante TC. O pistão comprime o fluido com 
diminuição do volume. 
4→1: Compressão adiabática reversível: O cilindro é completamente 
isolado, não permitindo nenhuma transmissão de calor durante 
esse processo reversível. O pistão continua a comprimir o fluido 
até este atinja o volume, a temperatura e a pressão originais, 
completando assim, o ciclo. 
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 Rendimento de uma Máquina Reversível 
 O trabalho realizado durante um processo pode ser 
expresso como: 
dvpw  se o gás for perfeito, 
RTvp 
 Lembrando que, 
vvv
v
T
u
T
U
mT
Q
m
c 
























11
e 
dTcdu v
wduq  
 Desconsiderando as demais formas de energia, 
 A primeira Lei pode ser reescrita da forma, 
dv
v
RT
dTcq v 
42 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 CICLO DE OTTO 
Responsável pelo projeto do motor a 4 tempos em 1876, 
Nikolaus August Otto (1832-1891), engenheiro alemão, teve 
sua patente revogada em 1886 porque alguém já tinha tido 
essa idéia. 
Máquinas e aparelhos Energia química ou 
energia elétrica 
Aparelhos resistivos, 
forno de microondas 
Liquidificador, 
ventilador 
AQUECIMENTO 
O aumento da energia térmica é parte dos processos de 
transformação de energia 
Funcionamento em função do aproveitamento dos processos térmicos 
que utilizam para realizar as transformações de energia 
Sistema de controle 
Sistema de 
Transmissão 
Sistema de propulsão 
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Propulsão Máquina de escrever: 
elétrica ou muscular 
Máquinas e veículos: 
motores 
Bicicleta: muscular 
MÁQUINA TÉRMICA 
Transforma a energia interna do combustível em energia mecânica 
Energia do 
combustível 
Energia térmica 
de um gás 
(combustão) 
Expansão 
(realização de trabalho) 
45 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
A PRODUÇÃO DE MOVIMENTO NAS MÁQUINAS TÉRMICAS (CLICO OTTO) 
Motores de automóveis, 
ônibus, caminhões 
Exemplos de máquinas 
térmicas 
Motor 
Câmaras de combustão, 
onde estão os cilindros, 
nos quais se movem os 
pistões 
Virabrequim, através de 
uma biela 
A biela transforma o 
vaivém dos pistões em 
movimento do virabrequim 
Virabrequim, conectado 
ao sistema de 
transmissão do carro 
Diferença entre motores Quantidade de cilindros 
Ciclo de funcionamento 
(dois ou quatro tempos) 
COMO É PRODUZIDO O MOVIMENTO? 
Motores a 
quatro tempos 
Cada pistão trabalha 
num ciclo e se constitui 
uma máquina térmica 
O movimento começa pela 
queima de combustível na 
câmara de combustão 
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A válvula de admissão se abre, e uma mistura 
de ar e combustível, entra no cilindro 
Com o movimento de subida do pistão a 
mistura é comprimida 
Máxima compressão, a vela de ignição solta 
uma faísca, que explode o combustível e joga o 
pistão para baixo 
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ETAPAS DO MOTOR A QUATRO TEMPOS 
Abertura da válvula de admissão: 
enquanto o volume do gás aumenta, 
a pressão fica praticamente 
constante 
Processo isobárico 
49 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
ETAPAS DO MOTOR A QUATRO TEMPOS 
Enquanto o volume diminui, a 
pressão e a temperatura aumentam 
Processo adiabático 
O trabalho do pistão é convertido 
em energia interna da mistura 
Como o processo é muito rápido, 
não há trocas de calor com o 
ambiente 
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ETAPAS DO MOTOR A QUATRO TEMPOS 
O volume fica praticamente constante, 
e ocorre um grande aumento da 
temperatura e da pressão (C  D) 
 
Processos: Isométrico 
+ adiabático 
Enquanto o volume aumenta, a 
pressão e a temperatura, do gás, 
diminuem (D  E) 
 
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ETAPAS DO MOTOR A QUATRO TEMPOS 
O volume permanece o mesmo e a 
pressão diminui . Descompressão 
isométrica 
Processos: Isométrico 
+ isobárico 
Enquanto o volume diminui, a 
pressão fica praticamente constante 
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CICLO COMPLETO 
No ciclo completo, a energia do 
combustível só é transformada em 
trabalho no 3º tempo (empurram o pistão) 
Outros tempo: inércia 
Parte do calor de combustão é eliminada 
como energia interna (U) dos gases 
resultantes da combustão 
Outra parte aquece as peças do motor, 
trocando calor com o ambiente 
A parcela restante do calor de combustão 
se refere a energia de movimento 
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55 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br56 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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BALANÇO ENERGÉTICO 
A quantidade de calor (Q) fornecida ao sistema pelo 
combustível aumenta sua energia interna e realiza trabalho 
Primeira Lei da Termodinâmica 
TUQ 
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ETAPAS DO MOTOR A DOIS TEMPOS 
1º tempo: compressão da mistura já no 
cilindro, aumento do volume do cárter 
e diminuição da pressão; combustão 
através de centelha; 
 
2º tempo: o pistão é empurrado, 
descobrindo o orifício de exaustão; 
a admissão é interrompida e libera-
se uma terceira abertura 
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 CICLO DE OTTO 
Otto e seus dois irmãos não se deram por satisfeitos e 
construíram os primeiros protótipos do seu motor, onde 
obtiveram grande aceitação por ter uma eficiência maior e ser 
mais silencioso que os modelos concorrentes. 
 CICLO DE OTTO 
O ciclo teórico é constituído de quatro processos: 
AB - Processo de Compressão Adiabática; 
BC - Processo de Aquecimento Isométrico de Calor; 
CD - Processo de Expansão Adiabática; 
DA - Processo de Rejeição Isométrica de Calor; 
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64 2015 
 CICLO DE OTTO 
65 2015 
É importante salientar as diferenças entre o ciclo 
teórico e o ciclo prático: 
 CICLO DE OTTO 
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 CICLO DE OTTO 
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67 2015 
 CICLO DE OTTO 
68 2015 
 CICLO DE OTTO 
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CICLO DIESEL 
 CICLO DIESEL 
 Rudolf Diesel patenteou um motor à combustão de elevada 
eficiência, demonstrando em 1900, um motor movido a óleo 
de amendoim, cuja tecnologia leva seu nome até hoje. Ao 
lado encontra-se uma cópia do documento que garantiu a 
patente a Rudolf Diesel. 
 CICLO DIESEL 
 O ciclo de diesel é essencialmente caracterizado pela 
combustão ser causada pela compressão da mistura ar + 
combustível. 
 CICLO DIESEL 
1° Ciclo 
O ar é admitido pela câmara no primeiro ciclo entrando na 
câmara. 
 CICLO DIESEL 
2° Ciclo 
No segundo ciclo, o pistão faz a compressão dessa massa de 
ar e a término da compressão, injeta-se combustível sob 
pressão no interior da câmara. Dada as altas temperatura e 
pressão no interior da câmara, a mistura sofre a explosão ao 
final do ciclo. 
 CICLO DIESEL 
3° Ciclo 
A expansão do gás originário dessa explosão expande-se 
originando o terceiro ciclo. 
 CICLO DIESEL 
4° Ciclo 
Finalmente o gás de resíduos da combustão é liberado pelas 
válvulas, quando então, reinicia-se o processo. 
 CICLO DIESEL 
4° Ciclo 
Finalmente o gás de resíduos da combustão é liberado pelas 
válvulas, quando então, reinicia-se o processo. 
 CICLO DIESEL 
1-2 - Processo de compressão adiabática; 
2-3 - Processo de aquecimento isobárico de calor; 
3-4 - Processo de expansão adiabática; 
4-1 - Processo de rejeição isovolumétrico de Calor; 
(calor recebido) 
(calor perdido) 
 CICLO DIESEL 
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2015 
 CICLO DIESEL x OTTO 
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80 2015 
 CICLO STIRLING 
O motor Stirling é um motor de combustão externa, 
aperfeiçoado pelo pastor escocês Robert Stirling em 1816, 
auxiliado pelo seu irmão engenheiro. Eles visavam a 
substituição do motor a vapor, com o qual o motor stirling tem 
grande semelhança estrutural e teórica. 
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CICLO STIRLING 
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82 2015 
 CICLO STIRLING 
Esse ciclo termodinâmico consiste de quatro processos 
 
AB - Expansão isotérmica 
BC - Resfriamento a volume constante 
CD - Compressão isotérmica 
DA - Aquecimento a volume constante 
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83 2015 
 CICLO STIRLING 
O motor Stirling ganha dos demais na simplicidade, pois 
consiste apenas de duas câmaras que proporcionam 
temperaturas diferentes para o resfriamento alternado de um 
determinado gás. 
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84 2015 
 CICLO STIRLING 
Esse resfriamento alternado provoca uma expansão e 
contração cíclicas que movimentam os êmbolos ligados a um 
eixo comum. 
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90 2015 
 CICLO STIRLING 
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91 2015 
 CICLO STIRLING 
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CICLO CARNOT 
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93 2015 
 CICLO CARNOT 
Esse ciclo foi inicialmente proposto pelo físico e engenheiro 
militar Nicolas Léonard Sadi Carnot no ano de 1824. 
Ele pode ser representado por uma seqüência de 
transformações gasosas onde uma máquina térmica tem o seu 
rendimento máximo operando em ciclos, diante de duas fontes 
térmicas. 
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94 2015 
 CICLO CARNOT 
Carnot mostrou que quanto maior a temperatura da fonte 
quente, maior seria seu rendimento para uma substância que 
se comportasse como um gás ideal. 
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97 2015 
 O ciclo de Carnot é 
constituído de duas 
transformações 
isotérmicas 
intercaladas com duas 
transformações 
adiabáticas. 
 CICLO CARNOT 
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98 2015 
AB - Expansão isotérmica onde o gás 
retira energia térmica da fonte quente 
 
BC - Expansão adiabática onde o gás não 
troca calor; 
 
CD - Compressão isotérmica onde o gás 
rejeita energia térmica para a fonte fria; 
 
DA - Compressão adiabática onde o gás 
não troca calor. 
 CICLO CARNOT 
 Teoremas provados por Carnot: 
1) Todos os motores reversíveis operando entre as mesmas 
duas temperaturas T1 e T2, têm o mesmo rendimento. 
 
2) Dos motores que operam entre as mesmas duas 
temperaturas, os reversíveis têm omaior rendimento. 
 
3) Para a mesma temperatura T1 da fonte quente, o motor 
reversível que opera com maior ΔT tem maior rendimento e 
pode produzir mais trabalho. 
 
99 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
O Ciclo de Carnot 
 “A máquina térmica que opera mais eficientemente entre um 
reservatório de alta temperatura e um reservatório de baixa 
temperatura é chamada máquina de Carnot.” 
TH 
1 → 2 
QH 
1W2 
Isolado 
2 → 3 
2W3 
TL 
3 → 4 
QL 
3W4 
4 → 1 
4W1 
Isolado 
1 
2 
3 4 
 Q = 0 Q = 0 
T = cte 
T = cte 
P 
V 
 Descrição da máquina de Carnot: É uma máquina ideal que 
utiliza somente processos reversíveis em seu ciclo de 
operação 
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101 2015 
 CICLO DE CARNOT 
As máquinas térmicas que utilizam esse tipo de ciclo são 
consideradas máquinas térmicas ideais. Isso acontece porque 
seu rendimento é o maior dentre as demais máquinas e chega 
próximo a 100%. 
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102 2015 
 CICLO DE CARNOT 
O teorema de Carnot divide-se em duas partes: 
 
I. A máquina de Carnot (todas aquelas que operam segundo o 
ciclo de Carnot) tem rendimento maior que qualquer outro tipo 
de máquina, operando entre as mesmas fontes (mesmas 
temperaturas); 
 
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103 2015 
 CICLO DE CARNOT 
O teorema de Carnot divide-se em duas partes: 
 
II. Todas as máquinas de Carnot tem o mesmo rendimento, 
desde que operem com as mesmas fontes (mesmas 
temperaturas). 
 
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104 2015 
 CICLO DE CARNOT 
Em particular a este ciclo foi demonstrado que as quantidades 
de calor trocadas com as fontes são proporcionais às 
respectivas temperaturas absolutas: 
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105 2015 
 CICLO DE CARNOT 
Em particular a este ciclo foi demonstrado que as quantidades 
de calor trocadas com as fontes são proporcionais às 
respectivas temperaturas absolutas: 
T1 - Temperatura da fonte quente (K); 
T2 - Temperatura da fonte fria (K); 
Q1 - Energia térmica recebida da fonte quente (J); 
Q2 - Energia térmica recebida da fonte fria (J). 
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106 2015 
 CICLO DE CARNOT 
Para uma máquina térmica o rendimento é dado por: 
η - Rendimento térmico 
Q1 - Energia térmica recebida da fonte quente (J); 
Q2 - Energia térmica recebida da fonte fria (J). 
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107 2015 
 CICLO DE CARNOT 
Para uma máquina térmica que opera segundo o ciclo de 
Carnot temos que: 
η - Rendimento térmico 
T1 - Temperatura da fonte quente (K); 
T2 - Temperatura da fonte fria (K); 
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108 2015 
 CICLO DE RANKINE 
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109 2015 
motor Diesel motor Wankel 
 motor Quasiturbine 
Turbina a gás 
motor Otto 
Ciclo Rankine 
motor Stirling 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 110 2015 
CICLO WANKEL 
O Motor Wankel 
Características 
 Motor rotativo de 4 tempos; 
 Rotação gerada diretamente sobre o eixo; 
 Movimento mais suave; 
 Em 1 volta do rotor realizam-se os 4 tempos 
(em cada uma das câmaras); 
 Sem sistemas de distribuição; 
 Menor número de peças. 
 
Componentes 
 Bloco ou carcaça; 
 Rotor; 
 Árvore motriz; 
 Segmentos ou paletas de vedação. 
Bloco ou carcaça 
 Liga leve; 
 Superfície de cromo molibdênio coberta com 
grafite (resistência ao desgaste e lubrificação 
natural); 
 Abriga janelas de admissão e escape. 
Rotor 
 Prisma triangular 
 Lados convexos com câmaras de combustão 
Árvore Motriz 
 Similar à motores alternativos 
 Eixos excêntricos 
 Dutos internos para lubrificação 
Segmentos ou Paletas de Vedação 
 Ponto crítico 
 Paletas ou segmentos nas pontas 
 Régua pressionadas por molas nas laterais 
 Dificuldade: Contato de linha e não de 
superfície 
Lubrificação 
 
 
 
 Similar em motores alternativos 
Funcionamento 
 Rotor girando excentricamente 
 Giro causa a variação do volume das câmaras 
 Cada giro, uma câmara executa os 4 tempos 
(admissão, compressão, combustão, exaustão). 
 Cada giro ocorrem 3 explosões 
 Cada volta do rotor faz o eixo girar 3 vezes 
(relação das engrenagens) 
 
 
O ciclo 
 Aumento no volume da câmara gera a 
admissão 
 Diminuição do volume gera a compressão 
 Explosão seguido do aumento do volume 
 Diminuição do volume expulsando os gases 
Admissão 
Compressão 
Ignição/Expansão 
Escape 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso 
wander.multivix@yahoo.com.br 123 2015 
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124 2015 
Vantagens 
 Menos peças móveis: maior confiabilidade 
 Rotação direta sobre o eixo 
 Menor vibração:menos peças móveis 
(biela, volante) 
 Transmissão de potência mais suave 
 Elevada rotação do eixo 
 Peso menor em relação à alternativos 
Desvantagens 
 Emissão de poluentes alta 
 Alto consumo de combustível 
 Problemas de estanqueidade 
 Custo de manutenção elevado 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 127 2015 
CICLO QUASITURBINE 
O Motor Quasiturbine 
Motor Quasiturbine 
 Motor rotativo com características inéditas que está sendo 
desenvolvido no Canadá. 
 Criado por um grupo encabeçado pelo físico Gilles Saint-
Hilaire, o Quasiturbine recebeu este estranho nome por 
funcionar de forma semelhante a uma turbina. 
Motor Quasiturbine 
 As turbinas geram energia de forma contínua, sem 
interrupção. Em cada rotação, ou seja, 360 graus, o QT gera 
energia durante 328 graus. 
 
Motor Quasiturbine 
 Para comparar, num motor normal, de quatro tempos, cada 
pistão gera energia apenas uma vez a cada duas rotações e, 
assim mesmo, no máximo por 90 graus. 
Motor Quasiturbine 
 Por ser um motor rotativo, é inevitável comparar o QT com o 
Wankel, o único desse tipo que chegou a ser usado em 
escala comercial com relativo sucesso, principalmente pela 
Mazda. 
Motor Quasiturbine 
 4 câmaras 
 Patins móveis para variar o volume 
 Combustão quase continua 
 Sem virabrequim 
 Torque quase constante no ciclo dispensando 
volantes 
 Dispensa cárter 
 Sem válvulas de admissão e escape 
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Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 136 2015 
CICLO BRAYTON 
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137 2015 
Entalpia é a quantidade de energia em uma 
determinada reação, podemos calcular o calor de 
um sistema através da variação de entalpia (∆H). 
DEFINIÇÃO DE ENTALPIA 
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138 2015 
A variação da Entalpia está na diferença entre a 
entalpiados produtos e a dos reagentes, veja como 
se calcula: 
DEFINIÇÃO DE ENTALPIA 
Δ Htotal = ΔHfinal – ΔHinicial 
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139 2015 
Em termodinâmica, entropia é a medida de 
desordem das partículas em um sistema físico. 
DEFINIÇÃO DE ENTROPIA 
- quando um sistema recebe calor Q>0, sua entropia aumenta; 
- quando um sistema cede calor Q<0, sua entropia diminui; 
- se o sistema não troca calor Q=0, sua entropia permanece constante. 
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140 2015 
Segundo Rudolf Clausius a variação de entropia (ΔS) 
em um sistema é: 
DEFINIÇÃO DE ENTROPIA 
∆𝑆 =
𝑄 
∆𝑇
 
Para processos onde as temperaturas absolutas (T) são 
constantes. 
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141 2015 
DEFINIÇÃO DE ENTROPIA 
Para o caso onde a temperatura absoluta se altera 
durante este processo, o cálculo da variação de 
entropia envolve cálculo integral, sendo que sua 
resolução é dada por: 
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142 2015 
GELO DERRETENDO 
 
um exemplo clássico de aumento de 
entropia 
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143 2015 
TRANSFORMAÇÃO ISENTRÓPICA 
Em termodinâmica, uma Transformação isentrópica é 
aquela em que a entropia do sistema permanece 
constante. 
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144 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
O ciclo Brayton é um ciclo termodinâmico no qual a adição 
de calor ocorre a pressão constante, utilizado no estudo 
das turbinas a gás. 
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145 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
O ciclo de Brayton se constitui de quatro etapas: 
 
1° Ciclo: O ar em condição ambiente passa pelo compressor, 
onde ocorre compressão adiabática e isentrópica, com 
aumento de temperatura e consequente aumento de entalpia. 
 
Na compreensão adiabática não há trocas de calor com o meio e 
sendo isentrópica a entropia do sistema permanece constante 
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146 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
O ciclo de Brayton se constitui de quatro etapas: 
 
2° Ciclo: o ar comprimido é direcionado às câmaras, onde 
mistura-se com o combustível possibilitando queima e 
aquecimento, à pressão constante. 
. 
 
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147 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
O ciclo de Brayton se constitui de quatro etapas: 
 
3° Ciclo: Ao sair da câmara de combustão, os gases, à alta 
pressão e temperatura, se expandem conforme passam pela 
turbina, idealmente sem variação de entropia. 
. 
 
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148 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
O ciclo de Brayton se constitui de quatro etapas: 
 
4° Ciclo: Esta etapa representa a transferência de 
calor do fluido para o ambiente . 
 
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149 2015 
 CICLO BRAYTON 
1-2 - compressão 
adiabática e isentrópica 
2-3 - queima e 
aquecimento isobárico 
3-4 - Expansão 
adiabática e isentrópica 
4-1 - Rejeição Isobárica 
de Calor 
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150 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
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151 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
152 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
153 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
154 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
155 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
As turbinas a gás são utilizadas numa grande 
variedade de serviços. 
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156 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Elas estão presentes em diferentes 
segmentos: 
 - Aviação, 
 - Bombas 
- Compressores 
- Geradores de energia elétrica. 
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157 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
O rendimento das turbinas a gás modernas 
tem alcançado uma média de 45% com uma 
temperatura de chama de 1400ºC. 
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158 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
A limitação do rendimento das turbinas a gás 
é, ainda hoje, influenciada pelas condições 
metalúrgicas dos materiais que a compõem 
assim como a relação de pressão do 
compressor 
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159 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Para um aumento na faixa de 55ºC na 
temperatura de chama, o trabalho útil e a 
rendimento aumentam em 10% e 1,5%, 
respectivamente. 
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160 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
O princípio de funcionamento das turbinas a gás 
para um ciclo simples e de simples eixo é 
mostrado no diagrama abaixo: 
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161 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
162 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Durante o processo de admissão de ar se encontra em 
torno de 15 a 30ºC. 
15 a 30°C 
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163 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Durante o processo de compressão de ar se encontra em 
torno de 400 a 465ºC. 
15 a 30°C 
400 a 465ºC 
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164 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Durante o processo de combustão à pressão constante os 
gases se encontram em torno de 1370 e 1430ºC. 
15 a 30°C 
400 a 465ºC 1370 a 1430ºC. 
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165 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Durante o processo de exaustão os gases queimados se 
encontram em torno de 480 e 640ºC. 
15 a 30°C 
400 a 465ºC 1370 a 1430ºC. 
480 a 640ºC 
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166 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
15 a 30°C 400 a 465ºC 1370 a 1430ºC. 480 a 640ºC 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
167 2015 
Na seção da turbina, a energia dos gases quentes é 
convertida em trabalho em dois processos. No bico de 
injeção e nas palhetas móveis. 
 CICLO DE BRAYTON 
Bico de injeção 
Palhetas móveis 
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168 2015 
No bico de injeção na seção da turbina, os gases 
quentes são expandidos pelas palhetas estacionárias, e 
uma porção desta energia térmica com alta entalpia é 
convertida em energia cinética a alta velocidade. 
 CICLO DE BRAYTON 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
169 2015 
Na seção subsequente da turbina as palhetas móveis 
convertem em trabalho uma porção da energia cinética 
transferida. A temperatura de descargana turbina está 
em torno de 480 a 640ºC. 
 CICLO DE BRAYTON 
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170 2015 
Uma parcela do trabalho desenvolvido pela turbina é 
usada para operar o compressor, e o restante 
disponível para o trabalho útil na saída da turbina. 
Tipicamente mais de 50% do trabalho desenvolvido 
pela turbina é usado para movimentar o compressor 
 CICLO DE BRAYTON 
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171 2015 
Considera-se o ciclo Brayton como ciclo ideal que 
governa o comportamento das turbinas a gás. 
 CICLO DE BRAYTON 
1-2 - compressão 
adiabática e isentrópica 
2-3 - queima e 
aquecimento isobárico 
3-4 - Expansão 
adiabática e isentrópica 
4-1 - Rejeição Isobárica 
de Calor 
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172 2015 
1-2 - compressão 
adiabática e isentrópica 
2-3 - queima e 
aquecimento isobárico 
3-4 - Expansão 
adiabática e isentrópica 
4-1 - Rejeição Isobárica 
de Calor 
 CICLO DE BRAYTON 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
173 2015 
1-2 - compressão 
adiabática e isentrópica 
2-3 - queima e 
aquecimento isobárico 
3-4 - Expansão 
adiabática e isentrópica 
4-1 - Rejeição Isobárica 
de Calor 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
174 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Existem dois tipos de ciclos que as turbinas a gás podem 
operar: ciclo aberto e o ciclo fechado conforme ilustrados 
abaixo: 
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175 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Existem dois tipos de ciclos que as turbinas a gás podem 
operar: ciclo aberto e o ciclo fechado conforme ilustrados 
abaixo: 
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176 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
O rendimento térmico, hTerm, para o ciclo Brayton, pode 
ser calculado usando a clássica análise 
termodinâmica, onde considerando o calor 
específico à pressão constante tem-se: 
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177 2015 
Com o uso das relações isentrópicas a eficiência também pode ser 
escrita da seguinte forma: 
 CICLO DE BRAYTON 
Onde o coeficiente k é a relação entre o calor específico a pressão 
constante e o calor específico a volume constante. 
(k = cp/cv) 
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178 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
irreversibilidades do compressor e da turbina 
As fontes de irreversibilidade são os fenômenos dissipativos, como 
o atrito mecânico; o atrito viscoso; transferência de energia na forma 
de calor entre corpos a diferentes temperaturas; reações químicas 
espontâneas. 
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179 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
Uma outra importante característica das turbinas a gás que 
limita seriamente a eficiência térmica é o grande trabalho 
requerido para o compressor, medido como back work ratio 
𝐵𝑊𝑅 =
𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟
𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎
 
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180 2015 
 CICLO SIMPLES DE TURBINAS A GÁS REGENERATIVO 
Para um ciclo simples e aberto de turbinas a gás, a 
transferência de calor dos produtos da combustão 
geralmente ocorre com uma transferência direta, calor 
de rejeito, com o meio ao redor. 
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181 2015 
 CICLO SIMPLES DE TURBINAS A GÁS REGENERATIVO 
Uma maneira de melhorar o rendimento deste ciclo 
é a utilização da energia térmica do calor rejeitado, 
utilizando este calor para aquecer o ar comprimido 
no compressor. 
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182 2015 
 CICLO SIMPLES DE TURBINAS A GÁS REGENERATIVO 
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183 2015 
 CICLO SIMPLES DE TURBINAS A GÁS REGENERATIVO 
Em um ciclo de turbina a gás regenerativo como 
ocorre uma menor rejeição de calor por ciclo é 
esperado que o rendimento térmico aumente. 
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184 2015 
 CICLO SIMPLES DE TURBINAS A GÁS REGENERATIVO 
O aumento do rendimento térmico ocorre até um 
certo limite, pois é dependente da relação de 
pressão e da relação das temperaturas mínima e 
máxima no interior da turbina 
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185 2015 
 CICLO SIMPLES DE TURBINAS A GÁS REGENERATIVO 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
186 2015 
 CICLO SIMPLES DE TURBINAS A GÁS REGENERATIVO 
Na prática, em um regenerador real, a 
temperatura do ar comprimido que 
deixa o regenerador (3) é um pouco 
menor que a temperatura do ar de 
exaustão (5) entrando no regenerador. 
A temperatura de exaustão (6) é 
maior que a temperatura de 
compressão (2). 
Assumindo um gás ideal com calor 
específico constante, o rendimento térmico 
do regenerador pode ser relacionada pela 
seguinte equação: 
Rendimento regenerador real 
Rendimento regenerador ideal 
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187 2015 
 CICLO SIMPLES DE TURBINAS A GÁS REGENERATIVO 
Dependendo dos parâmetros 
que operam a turbina a gás, o 
regenerador pode aumentar 
em 10% o rendimento térmico 
do sistema. 
Os regeneradores geralmente têm um custo 
alto em relação à sua aplicação, por isso a 
sua utilização deve ser bem justificada ao 
equipar uma turbina a gás. 
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188 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO 
As expressões para as transferências de energia sob a forma de 
calor e trabalho que ocorrem em regime permanente são 
imediatamente deduzidas pela simplificação dos balanços de 
energia e de massa para volume de controle. 
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189 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO 
As transferências de energia 
são positivas nas direções das 
setas, conforme figura ao lado. 
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190 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO 
Supondo-se que a turbina opera adiabaticamente com efeitos desprezíveis de 
energia cinética e potencial, o trabalho produzido por unidade de massa é: 
m é a vazão em massa 
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191 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO 
Com as mesmas hipóteses um compressor que opera adiabaticamente com 
efeitos desprezíveis de energia cinética e potencial, o trabalho produzido por 
unidade de massa é: 
m é a vazão em massa 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
192 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO 
O calor adicionado ao ciclo por unidade de 
massa é calculado como: 
m é a vazão em massa 
O calor rejeitado por unidade de massa é 
calculadocomo: 
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193 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO 
O rendimento térmico do ciclo é calculado como: 
m é a vazão em massa 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
194 2015 
O trabalho reverso do ciclo (back work ratio) é calculada como: 
𝐵𝑊𝑅 =
𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟
𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎
 
𝐵𝑊𝑅 =
𝑊𝑐 
𝑚 𝑐
 
𝑊𝑡 
𝑚 𝑡
 
 
𝐵𝑊𝑅 =
ℎ2 − ℎ1
ℎ3 − ℎ4
 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
195 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO FRIO 
Podemos sacrificar algumas precisões ignorando 
a variação dos calores específicos com a 
temperatura considerados os mesmos 
constantes. A análise então passa a ser 
chamada de ar-padrão frio. 
m é a vazão em massa 
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196 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO FRIO 
A vantagem principal da hipótese de calores 
específicos constantes é que expressões 
simples para quantidades como eficiência 
energética podem ser deduzidas e estas podem 
ser usadas para inferir indicações qualitativas do 
desempenho do ciclo sem o envolvimento de 
dados tabelados. 
m é a vazão em massa 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
197 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO FRIO 
Para análise de ar-padrão frio algumas 
equações podem ser reescritas: 
m é a vazão em massa 
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198 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO FRIO 
m é a vazão em massa 
O trabalho produzido pela turbina por unidade 
de massa é 
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199 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO FRIO 
m é a vazão em massa 
O trabalho produzido pelo compressor por 
unidade de massa é 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
200 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO FRIO 
m é a vazão em massa 
O calor adicionado ao ciclo por unidade de 
massa é calculado como: 
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201 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO FRIO 
m é a vazão em massa 
O calor rejeitado por unidade de massa é 
calculado como: 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
202 2015 
O rendimento térmico do ciclo é calculado como: 
m é a vazão em massa 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO FRIO 
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203 2015 
O trabalho reverso do ciclo (back work ratio) é calculada como: 
𝐵𝑊𝑅 =
𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟
𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎
 
𝐵𝑊𝑅 =
𝑊𝑐 
𝑚 𝑐
 
𝑊𝑡 
𝑚 𝑡
 
 
𝐵𝑊𝑅 =
𝑇2 − 𝑇1
𝑇3 − 𝑇4
 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E TRABALHO 
PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO FRIO 
 
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204 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO FRIO 
 
As equações para analise de ar padrão frio foram desenvolvidas a 
partir de balanços de massa e de energia, elas se aplicam 
igualmente quando irreversibilidades estão presentes inclusive na 
ausência destas. 
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205 2015 
 CALCULANDO AS TRANSFERÊNCIAS DE CALOR E 
TRABALHO PRINCIPAIS PARA ANÁLISE DE AR-PADRÃO FRIO 
Embora as irreversibilidades tenham um efeito pronunciado sobre o 
desempenho global, ou seja, considerando um ciclo ideal os 
rendimentos serão maiores. 
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206 2015 
 CICLO DE BRAYTON 
VAMOS PRATICAR UM 
POUCO? 
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207 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 
1:10. O ar é admitido pelo compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa 
de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 1200K. Nessas condições, 
determine: 
1) O rendimento térmico do ciclo compressor; 
2) A potência desenvolvida. 
 
 
NOTA: CONSIDERE O FLUIDO DE TRABALHO COMO SENDO O AR E QUE SE 
COMPORTA COMO UM GÁS PERFEITO (AR PADRÃO FRIO) 
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208 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 
1:10. O ar é admitido pelo compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa 
de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 1200K. Considere o fluido de 
trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
1) O rendimento térmico do ciclo c; 
2) A potência desenvolvida. 
ANALISE DOS DADOS 
1-2 - compressão 
adiabática e isentrópica 
2-3 - queima e aquecimento 
isobárico 
3-4 - Expansão 
adiabática e isentrópica 
4-1 - Rejeição Isobárica de 
Calor 
qin 
qout 
Sconstante 
Sconstante 
P1 = P4 
P2 = P3 
P2 = 10 x P1 
Taumenta 
Tdiminui 
T1 = 293 K 
T3 = 1200 K 
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209 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 
1:10. O ar é admitido pelo compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa 
de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 1200K. Considere o fluido de 
trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
1) O rendimento térmico do ciclo c; 
2) A potência desenvolvida. 
ANALISE DOS DADOS 
P1 = 0,1 Mpa 
T1 = 293 K 
 
P2 = 1 Mpa 
T2 = ? K 
 
P3 = 1 Mpa 
T3 = 1200 K 
m = 11 kg/s 
η𝑐 = 1 −
1
𝑃2
𝑃1
𝑘 −1
𝑘
 
ou 
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210 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 
1:10. O ar é admitido pelo compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa 
de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 1200K. Considere o fluido de 
trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
1) O rendimento térmico do ciclo; 
2) A potência desenvolvida. 
ANALISE DOS DADOS 
P1 = 0,1 Mpa 
T1 = 293 K 
 
P2 = 1 Mpa 
T2 = ? K 
 
P3 = 1 Mpa 
T3 = 1200 K 
m = 11 kg/s 
η = 1 −
1
𝑃2
𝑃1
𝑘 −1
𝑘
 η𝑐 = 1 −
1
1
0,1
1,4 −1
1,4
 
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211 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 
1:10. O ar é admitido pelo compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa 
de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 1200K. Considere o fluidode 
trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
1) O rendimento térmico do ciclo; 
2) A potência desenvolvida. 
ANALISE DOS DADOS 
P1 = 0,1 Mpa 
T1 = 293 K 
 
P2 = 1 Mpa 
T2 = ? K 
 
P3 = 1 Mpa 
T3 = 1200 K 
m = 11 kg/s 
η = 1 −
1
1
0,1
1,4 −1
1,4
 
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212 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 
1:10. O ar é admitido pelo compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa 
de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 1200K. Considere o fluido de 
trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
1) O rendimento térmico do ciclo; 
2) A potência desenvolvida. 
ANALISE DOS DADOS 
P1 = 0,1 Mpa 
T1 = 293 K 
 
P2 = 1 Mpa 
T2 = ? K 
 
P3 = 1 Mpa 
T3 = 1200 K 
m = 11 kg/s 
η = 1 −
1
1
0,1
1,4 −1
1,4
 
η𝑐 = 0,48 
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213 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 
1:10. O ar é admitido pelo compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa 
de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 1200K. Considere o fluido de 
trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
1) O rendimento térmico do ciclo; 
2) A potência desenvolvida. 
η = 1 −
1
𝑃2
𝑃1
𝑘 −1
𝑘
 
1-2 - compressão adiabática e isentrópica 
η𝑐 = 0,48 OU 
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214 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
1) O rendimento térmico do ciclo; 
2) A potência desenvolvida. 
CALCULANTO T2 
P1 = 0,1 Mpa 
T1 = 293 K 
 
P2 = 1 Mpa 
T2 = ? K 
 
P3 = 1 Mpa 
T3 = 1200 K 
m = 11 kg/s 
 
Como o processo 1-2 é compressão adiabática e isentrópica, temos: 
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215 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
1) O rendimento térmico do ciclo; 
2) A potência desenvolvida. 
CALCULANTO T2 
P1 = 0,1 Mpa 
T1 = 293 K 
 
P2 = 1 Mpa 
T2 = ? K 
 
P3 = 1 Mpa 
T3 = 1200 K 
m = 11 kg/s 
 
Como o processo 1-2 é compressão adiabática e isentrópica, temos: 
OU 
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216 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
1) O rendimento térmico do ciclo; 
2) A potência desenvolvida. 
CALCULANTO T2 
P1 = 0,1 Mpa 
T1 = 293 K 
 
P2 = 1 Mpa 
T2 = ? K 
 
P3 = 1 Mpa 
T3 = 1200 K 
m = 11 kg/s 
 
𝑇2
𝑇1
=
𝑃2
𝑃1
𝐾 − 1
𝐾
 
Como o processo 1-2 é compressão adiabática e isentrópica, temos: 
𝑇2 =
𝑃2
𝑃1
𝐾 − 1
𝐾
× 𝑇1 
𝑇2 =
1
0,1
1,4 − 1
1,4
× (20 + 273) 
𝑇2 = 10
0,2857 × 293 
𝑇2 = 565,7 K 
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217 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
1) O rendimento térmico do ciclo; 
2) A potência desenvolvida. 
CALCULANTO T4 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = ??? Como o processo 2-3 e 4-1 são isobáricos, temos: 
P1 = P4 
P2 = P3 
gás perfeito 
𝑇3
𝑇4
=
𝑇2
𝑇1
 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
𝑇4 =
𝑇3 × 𝑇1
𝑇2
 
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218 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
1) O rendimento térmico do ciclo; 
2) A potência desenvolvida. 
CALCULANTO T4 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = ??? Como o processo 2-3 e 4-1 são isobáricos, temos: 
P1 = P4 
P2 = P3 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
𝑇4 =
𝑇3 × 𝑇1
𝑇2
 
𝑇4 =
1200 × 293
565,7
 
𝑇4 = 621,5 K 
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219 2015 
293K 565,7K 1200K 621,5K 
Exaustão 
20°C 292,7 °C 927 °C 348,5 °C 
ANALISE DAS TEMPERATURAS NO TURBOCOMPRESSOR 
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220 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
CALCULANDO O “CALOR LIQUIDO” DO SISTEMA 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
Cp = 1,005 KJ/(kg.K) 
K = 1,400 
𝑞𝐻 = 𝐶𝑝(𝑇3 − 𝑇2) 
𝑞𝐿 = − 𝐶𝑝(𝑇4 − 𝑇1) 
Calor liquido que entra no sistema 
Calor liquido que sai no sistema 
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221 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
CALCULANDO O CALOR QUE ENTRA NO SISTEMA 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
Cp = 1,005 KJ/(kg.K) 
K = 1,400 
m = 11 kg/s 
𝑞𝐻 = 𝐶𝑝(𝑇3 − 𝑇2) 
𝑞𝐻 = 1,005 × (1200 − 565,7) 
𝑞𝐻 = 1,005 × 447,5 
𝑞𝐻 = 637,47 kJ/kg Calor liquido que entra no sistema por unidade de massa 
𝑞𝐻 = 637,47
kJ
kg
× 11 𝑘𝑔/𝑠 
𝑞𝐻 = 7.012,17 𝑘𝐽/𝑠 Calor liquido total que entra no sistema 
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222 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
CALCULANDO O CALOR QUE SAI DO SISTEMA 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 KT3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
Cp = 1,005 KJ/(kg.K) 
K = 1,400 
𝑞𝐿 = − 𝐶𝑝(𝑇4 − 𝑇1) 
𝑞𝐿 = − 1,005 × (621,5 − 293) 
𝑞𝐿 = − 1,005 × 328,5 
𝑞𝐿 = − 330,14 kJ/kg Calor liquido que sai do sistema por unidade de massa 
𝑞𝐿 = − 330,14
kJ
kg
× 11 𝑘𝑔/𝑠 
𝑞𝐿 = − 3.631,57 𝑘𝐽/𝑠 Calor liquido total que sai do sistema 
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223 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
CALCULANDO A POTENCIA DO SISTEMA 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
Cp = 1,005 KJ/(kg.K) 
K = 1,400 
𝑃 = 𝐶𝑝 𝑇3 − 𝑇2 − (𝑇4 − 𝑇1) × 𝑚 
𝑃 = 𝑞𝐻 + 𝑞𝐿 × 𝑚 
𝑃 = 637,47
kJ
kg
− 330,14
kJ
kg
 × 11 
𝑘𝑔
𝑠 
 
 
𝑃 = 7.012,17
kJ
kg
− 3.631,57
kJ
kg
 × 11 
𝑘𝑔
𝑠 
 
 
𝑃 = 3380,63 
𝑘𝐽
𝑠 
 
 
𝑃 = 3,38 𝑥 103 
𝑘𝐽
𝑠 
 
 
𝑷 = 𝟑, 𝟑𝟖 MW 
1 kJ/s = 1 kW 
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224 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
𝑊 𝐶 = − 𝐶𝑝 𝑇2 − 𝑇1 × 𝑚 
CALCULANDO O TRABALHO DO COMPRESSOR 
𝑊 𝐶 = − 1,005
kJ
kg. K
× 565,7
kJ
kg
− 293
kJ
kg
 × 11
kJ
kg
 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
Cp = 1,005 KJ/(kg.K) 
K = 1,400 
m = 11 kg/s 
𝑊 𝐶 = − 1,005 × 565,7 − 293 × 11 
𝑊 𝐶 = 3.014,70 𝑘𝐽 
𝑊 𝐶 = 3,01 𝑀𝑊 
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225 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
𝑊 𝑡 = − 𝐶𝑝 𝑇4 − 𝑇3 × 𝑚 
CALCULANDO O TRABALHO DA TURBINA 
𝑊 𝑡 = − 1,005
kJ
kg. K
× 621,5
kJ
kg
− 1200
kJ
kg
 × 11
kJ
kg
 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
Cp = 1,005 KJ/(kg.K) 
K = 1,400 
m = 11 kg/s 
𝑊 𝑡 = −1,005 × 621,5 − 1200 × 11 
𝑊 𝑡 = 6.395,32 𝑘𝐽 
𝑊 𝑡 = 6.4 𝑀𝑊 
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226 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
RECALCULANDO A PONTÊCIA DO SISTEMA 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
Cp = 1,005 KJ/(kg.K) 
K = 1,400 
m = 11 kg/s 
𝑊 𝑡 = 6.4 𝑀𝑊 
𝑊 𝐶 = 3,01 𝑀𝑊 
𝑃 = 𝑊 𝑡 − 𝑊 𝐶 
𝑃 = 6,40 − 3,01 
𝑃 = 3,39 𝑀𝑊 
𝑃 = 𝐶𝑝 𝑇3 − 𝑇2 − (𝑇4 − 𝑇1) × 𝑚 
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227 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
CALCULANDO O BWR 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
𝐵𝑊𝑅 =
𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟
𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎
 
𝐵𝑊𝑅 =
𝑇2 − 𝑇1
𝑇3 − 𝑇4
 
𝑊 𝑡 = 6.4 𝑀𝑊 
𝑊 𝐶 = 3,01 𝑀𝑊 
𝐵𝑊𝑅 =
3,01
6,40
 
𝐵𝑊𝑅 = 0,47 
𝐵𝑊𝑅 =
565,7 − 293
1200 − 621,5
 
𝐵𝑊𝑅 = 0,47 
Sistema ideal 
Sistema ar padrão frio 
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228 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
CALCULANDO O RENDIMENTO DO SISTEMA (IDEAL) 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
Sistema ideal Sistema ar padrão frio 
η% =
621,5 − 293
1200 − 565,7
× 100 η% = 51,789% 
Rendimento ideal 
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229 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
η% =
1,005 × 1200 − 621,5 − 1,005 × 565,7 − 293
1,005 × 1200 − 565,7
× 100 
η% =
581,393 − 274,064
637,472
× 100 η% = 48,211% 
Rendimento ar padrão frio 
CALCULANDO O RENDIMENTO DO SISTEMA (AR PADÃO FRIO) 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
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230 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
η% = 48,211% 
Rendimento ar padrão frio 
RENDIMENTO DO SISTEMA 
AR PADÃO FRIO X IDEAL 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
η% = 51,789% 
Rendimento ideal 
η% =
581,393 − 274,064
637,472
× 100 
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231 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
η𝑐% = 1 −
𝐶𝑃 × 𝑇1
𝐶𝑃 × 𝑇2
× 100 
η% = 51,211% 
Rendimento ar padrão frio 
IDEAL 
CALCULANDO O RENDIMENTO IDEAL DO COMPRESSOR 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
η𝑐% = 1 −
1,005 × 293
1,005 × 565,7
× 100 
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232 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
RECALCULANDO O RENDIMENTO REAL DO COMPRESSOR 
P1 = 0,1 MPa 
P2 = 1 MPa 
K= 1,4 
η = 1 −
1
𝑃2
𝑃1
𝑘 −1
𝑘
 
η𝑐 = 48% 
η = 1 −
1
1
0,1
1,4 −11,4
 
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233 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
RENDIMENTO DO COMPRESSOR 
REAL X IDEAL 
P1 = 0,1 MPa 
P2 = 1 MPa 
K= 1,4 
Cp = 1,0035 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
η𝑐 = 48% 
Rendimento real 
η𝑐% = 1 −
𝐶𝑃 × 𝑇1
𝐶𝑃 × 𝑇2
× 100 
η% = 51,211% 
Rendimento ar padrão frio 
IDEAL 
η = 1 −
1
𝑃2
𝑃1
𝑘 −1
𝑘
 
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234 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
η𝑡% = 1 −
𝐶𝑃 × 𝑇4
𝐶𝑃 × 𝑇3
× 100 
η% = 51,792% 
Rendimento ar padrão frio 
IDEAL 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
η𝑡% = 1 −
1,005 × 621,5
1,005 × 1200
× 100 
CALCULANDO O RENDIMENTO IDEAL DA TURBINA 
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235 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
η𝑓% = 1 −
𝐶𝑃 × 𝑇2
𝐶𝑃 × 𝑇3
× 100 
η% = 47,142% 
Rendimento ar padrão frio 
IDEAL 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
η𝑓% = 1 −
1,005 × 565,7
1,005 × 1200
× 100 
CALCULANDO O RENDIMENTO IDEAL DO COMBUSTOR 
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236 2015 
Uma turbina, segundo o ciclo de Brayton, opera com um razão de compressão de 1:10. O ar é admitido pelo 
compressor a 0,1MPa a 20ºC com uma vazão em massa de 11 kg/s. A temperatura na entrada da turbina de 
1200K. Considere o fluido de trabalho como sendo o ar e que se comporta como um gás perfeito. Nessas 
condições, determine: 
 
η𝑓% = 1 −
𝐶𝑃 × 𝑇1
𝐶𝑃 × 𝑇4
× 100 
η% = 47,144% 
Rendimento ar padrão frio 
IDEAL 
T1 = 293 K 
T2 = 565,7 K 
T3 = 1200 K 
T4 = 621,5 K 
η𝑓% = 1 −
1,005 × 293
1,005 × 621,5
× 100 
CALCULANDO O RENDIMENTO IDEAL DA EXAUSTÃO 
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237 2015 
O Ciclo Rankine é um ciclo termodinâmico, onde sua eficiência 
máxima é obtida através da eficiência de um Ciclo de Carnot. 
 CICLO DE RANKINE