CURSO DE MAQUINAS TÉRMICAS COMPLETO

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1 2015 
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2 2015 
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A palavra termodinâmica teve origem na junção de dois 
vocábulos gregos, therme (calor) e dynamis (força) que têm 
a ver com as primeiras tentativas para transformar calor em 
trabalho e que constituíram o objetivo primordial desta 
ciência. 
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A ciência da termodinâmica surgiu pela necessidade de 
aperfeiçoar o funcionamento das primeiras máquinas a vapor, 
de que é exemplo a máquina de Newcomen construída no 
princípio do século XVIII. 
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máquina 
de 
Newcomen 
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Atualmente a termodinâmica não se ocupa apenas das 
transformações onde ocorrem trocas de calor e de trabalho 
mas estendeu-se a todas as outras formas de energia e suas 
transformações, podendo dizer-se que a termodinâmica é a 
ciência que estuda a energia nas suas diversas formas. 
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Uma das leis fundamentais da Natureza é a lei da 
conservação da energia. Estabelece que, durante 
qualquer interação, a energia pode mudar de forma, mas a 
quantidade total de energia mantém-se constante, isto é, não 
se pode criar, nem destruir, energia. 
13 2015 
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O primeiro princípio da termodinâmica é, apenas, uma 
expressão da lei da conservação da energia afirmando, 
ainda, que a energia é uma propriedade termodinâmica da 
matéria. 
14 2015 
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O segundo princípio da termodinâmica afirma que nem 
todas as transformações em que a energia se conserva 
podem ocorrer. Algumas transformações da Natureza 
dificilmente ocorrem nos dois sentidos. 
15 2015 
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A termodinâmica tem um papel essencial no projeto e análise 
de motores de automóveis e de aviões a jato, de centrais 
térmicas convencionais e nucleares, de sistemas de ar 
condicionado e de máquinas frigorificas. Por isso, um bom 
entendimento dos princípios da termodinâmica tem sido uma 
parte essencial da formação dos engenheiros. 
16 2015 
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Algumas aplicações práticas de máquinas térmicas 
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Aplicações Residenciais e Comerciais 
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Aplicações na Indústria 
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Aplicações na Indústria 
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Aplicações no Meio Ambiente 
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Aplicações na Medicina 
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Aplicações nas Fronteiras Tecnológicas 
23 2015 
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A termodinâmica tem um papel essencial no projeto e análise 
de motores de automóveis e de aviões a jato, de centrais 
térmicas convencionais e nucleares, de sistemas de ar 
condicionado e de máquinas frigorificas. Por isso, um bom 
entendimento dos princípios da termodinâmica tem sido uma 
parte essencial da formação dos engenheiros. 
24 2015 
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ENERGIA 
 
A energia é uma das grandezas físicas fundamentais da 
natureza. Pode-se até dizer que o constituinte básico do 
universo é a energia. A própria matéria, constituída de 
microscópicas partículas denominadas átomos, pode ser 
considerada uma manifestação de energia. A maior fonte de 
energia, no planeta Terra, é o sol. 
25 2015 
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TIPOS DE ENERGIA 
Energia Cinética 
 
 
Todo corpo em movimento possui este tipo de energia, que, 
quanto maior for a velocidade e a massa do corpo, maior ela 
será. 
26 2015 
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TIPOS DE ENERGIA 
Energia Cinética 
 
Quando um carro dá uma batida, por exemplo, o estrago é 
produzido pela energia cinética que o carro tinha por estar 
em movimento. Por isso o estrago aumentará quanto maior 
for a velocidade no momento da batida. 
27 2015 
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TIPOS DE ENERGIA 
Energia Cinética 
 
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TIPOS DE ENERGIA 
Energia Potencial 
 
Imagine um corpo, situado a uma certa altura, que é 
abandonado até se chocar com o chão. A energia potencial 
que ele tinha pelo fato de estar a uma certa altura se 
transforma, durante a queda, em energia cinética, que acaba 
sendo percebida pelo 
estrago da pancada. 
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TIPOS DE ENERGIA 
Energia Potencial 
 
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TIPOS DE ENERGIA 
Energia térmica 
 
Este tipo de energia nos interessa de um modo especial. 
Todo o sistema de refrigeração se baseia em transporte de 
energia térmica. 
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TIPOS DE ENERGIA 
Energia térmica 
 
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MUDANÇA DE ESTADO DA MATÉRIA 
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MUDANÇA DE ESTADO DA MATÉRIA 
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MUDANÇA DE ESTADO DA MATÉRIANa ebulição da água ao nível do mar ela começa a ferver aos 
100ºC e, por mais que se forneça energia ao sistema, a 
temperatura não passará disso: toda a energia está sendo 
consumida para transformar a água em vapor. 
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MUDANÇA DE ESTADO DA MATÉRIA 
Em uma cidade com maior altitude, veremos que a 
temperatura de ebulição se mantém fixa, mas num valor 
menor. O macarrão, por exemplo, só cozinha acima dos 94ºC. 
Se tentar cozinhar macarrão em La Paz, na Bolívia, obteremos 
uma gosma intragável, pois neste local a água ferve 87ºC. 
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MUDANÇA DE ESTADO DA MATÉRIA 
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CALOR 
Quando coloca-se um corpo quente em contato com um 
corpo frio, nota-se, depois de um certo tempo, que eles 
atingem um equilíbrio térmico, ou seja, passam a ter a 
mesma temperatura. 
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CALOR 
A energia térmica é SEMPRE ,transferida do corpo mais 
quente para o mais frio. A energia que, por causa da 
diferença de temperatura, foi transferida de um corpo para o 
outro, é denominada calor. 
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40 2015 
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VAMOS RELEMBAR ALGUNS CONCEITOS 
FUNDAMENTAIS? 
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CALOR 
 
A definição de calor é energia térmica em trânsito, ou 
seja, está em constante movimentação e transferência 
entre os corpos. 
 
O calor irá fluir sempre do corpo de maior temperatura 
para o corpo de menor temperatura. 
42 2015 
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TRANSMISSÃO DE ENERGIA TÉRMICA 
 Os mecanismos fundamentais de transferência de calor 
são: 
 
 Condução 
 
 Convecção 
 
 radiação 
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CONDUÇÃO TÉRMICA 
 
A condução pode se definida como o processo pelo qual a 
energia é transferida de uma região de alta temperatura 
para outra de temperatura mais baixa. 
Na condução térmica ocorre a transferência de energia das 
partículas mais energéticas para partículas menos 
energéticas de uma substância. 
44 2015 
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Na figura acima podemos verificar a condução do calor através de uma 
barra de metal. Aderindo pequenas boloinhas de cera ao longo da barra 
e aquecendo apenas uma extremidade, observaremos a queda sucessiva 
delas, a medida que o calor se espalha ao longo da barra. 
CONDUÇÃO TÉRMICA 
 
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CONVECÇÃO TÉRMICA 
 
A convecção é a forma de transmissão do calor que ocorre 
principalmente nos fluidos (líquidos e gases). 
 
Na condução o calor é transmitido de átomo a átomo 
sucessivamente, na convecção a propagação do calor se dá 
através do movimento do fluido envolvendo transporte de 
matéria. 
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CONVECÇÃO TÉRMICA 
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CONVECÇÃO TÉRMICA 
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RADIAÇÃO TÉRMICA 
 
Na radiação o calor é transmitido da uma superfície em alta 
temperatura para a que está em temperatura mais baixa 
quando tais superfícies estão separados no espaço, ainda 
que exista vácuo entre elas. 
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 A tartaruga recebe calor 
do sol por radiação e, da 
areia, por condução. 
 
 O ar ao seu redor se 
aquece por convecção. 
 
RADIAÇÃO TÉRMICA 
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 Efeito estufa é o nome dado à retenção 
de calor na Terra causada pela 
concentração de gases de diversos 
tipos. A intensificação desse fenômeno 
ocorre com a emissão de alguns 
poluentes e é responsável pelo aumento 
da temperatura média do planeta, o que 
pode causar sérios problemas 
ambientais. 
 
 Os gases estufa (que impedem a 
dispersão dos raios solares) de maior 
concentração na Terra são o dióxido de 
carbono (CO2), o metano (CH4), o óxido 
nitroso (N2O) e compostos de 
clorofluorcarbono (CFC). A maioria deles 
é proveniente da queima de 
combustíveis fósseis (carvão, petróleo e 
derivados), florestas e pastagens. 
 
RADIAÇÃO TÉRMICA 
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Aplicação: Garrafa Térmica 
 Condução - evitada pelo vácuo 
entre as paredes duplas e pela 
tampa isolante. 
 
 radiação - evitada pelas paredes 
espelhadas que refletem as 
radiações, tanto de dentro para 
fora como vice-versa. 
 
 Convecção - evitada pelo vácuo 
entre as paredes duplas. 
 
 
53 2015 
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1) (MACKENZIE) Dos processos a seguir, o único onde praticamente todo o calor 
se propaga por condução é quando ele se transfere: 
 
a) Do Sol para a Terra. 
 
b) Da chama de um gás para a superfície livre de um líquido contido num bule que 
está sobre ela. 
 
c) Do fundo de um copo de água para um cubo de gelo que nela flutua. 
 
d) De uma lâmpada acesa para o ar que a cerca. 
 
e) De um soldador em contato com o metal que está sendo soldado. 
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1) (MACKENZIE) Dos processos a seguir, o único onde praticamente todo o calor 
se propaga por condução é quando ele se transfere: 
 
a) Do Sol para a Terra. 
 
b) Da chama de um gás para a superfície livre de um líquido contido num bule que 
está sobre ela. 
 
c) Do fundo de um copo de água para um cubo de gelo que nela flutua. 
 
d) De uma lâmpada acesa para o ar que a cerca. 
 
e) De um soldador em contato com o metal que está sendo soldado. 
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2) (UFMG) A radiação é o único processo de transferência de energia térmica no 
caso: 
 
a) Da chama do fogão para a panela. 
 
b) Do Sol para um satélite de Júpiter. 
 
c) Do ferro de soldar para a solda. 
 
d) Da água para um cubo de gelo flutuando nela. 
 
e) De um mamífero para o meio ambiente. 
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2) (UFMG) A radiação é o único processo de transferência de energia térmica no 
caso: 
 
a) Da chama do fogão para a panela. 
 
b) DoSol para um satélite de Júpiter. 
 
c) Do ferro de soldar para a solda. 
 
d) Da água para um cubo de gelo flutuando nela. 
 
e) De um mamífero para o meio ambiente. 
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3) (FGV-SP) Quando há diferença de temperatura entre dois pontos, o calor pode 
fluir entre eles por condução, convecção ou radiação, do ponto de temperatura mais 
alta ao de temperatura mais baixa. O "transporte" de calor se dá juntamente com o 
transporte de massa no caso da: 
 
a) condução somente 
 
b) convecção somente 
 
c) radiação e convecção 
 
d) Irradiação somente 
 
e) condução e convecção 
 
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3) (FGV-SP) Quando há diferença de temperatura entre dois pontos, o calor pode 
fluir entre eles por condução, convecção ou radiação, do ponto de temperatura mais 
alta ao de temperatura mais baixa. O "transporte" de calor se dá juntamente com o 
transporte de massa no caso da: 
 
a) condução somente 
 
b) convecção somente 
 
c) radiação e convecção 
 
d) Irradiação somente 
 
e) condução e convecção 
 
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4) (ITA) Uma garrafa térmica, devido às paredes espelhadas, impede trocas de 
calor por: 
 
 
a) condução. 
 
b) radiação. 
 
c) convecção. 
 
d) reflexão 
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4) (ITA) Uma garrafa térmica, devido às paredes espelhadas, impede trocas de 
calor por: 
 
 
a) condução. 
 
b) radiação. 
 
c) convecção. 
 
d) reflexão 
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5) (MACKENZIE) Assinale a alternativa correta: 
 
a) A condução e a convecção térmica só ocorrem no vácuo. 
 
b) A radiação é um processo de transmissão de calor que só se verifica em meios 
materiais. 
 
c) A condução térmica só ocorre no vácuo, no entanto a convecção térmica se 
verifica inclusive em materiais no estado sólido. 
 
d) No vácuo a única forma de transmissão de calor é por condução. 
 
e) A convecção térmica só ocorre nos fluídos, ou seja, não se verifica no vácuo e 
tão pouco em materiais no estado sólido. 
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5) (MACKENZIE) Assinale a alternativa correta: 
 
a) A condução e a convecção térmica só ocorrem no vácuo. 
 
b) A radiação é um processo de transmissão de calor que só se verifica em meios 
materiais. 
 
c) A condução térmica só ocorre no vácuo, no entanto a convecção térmica se 
verifica inclusive em materiais no estado sólido. 
 
d) No vácuo a única forma de transmissão de calor é por condução. 
 
e) A convecção térmica só ocorre nos fluídos, ou seja, não se verifica no vácuo e 
tão pouco em materiais no estado sólido. 
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6) (ITA) Uma garrafa térmica impede, devido ao vácuo entre as paredes duplas, 
trocas de calor por: 
 
a) condução apenas. 
 
b) convecção apenas. 
 
c) convecção e condução. 
 
d) radiação apenas. 
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6) (ITA) Uma garrafa térmica impede, devido ao vácuo entre as paredes duplas, 
trocas de calor por: 
 
a) condução apenas. 
 
b) convecção apenas. 
 
c) convecção e condução. 
 
d) radiação apenas. 
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7) (UFOP) Durante as noites de inverno usamos um cobertor de lã a fim de 
proteger-nos do frio. Fisicamente é correto afirmar que: 
 
a) a lã retira calor do meio ambiente, fornecendo-o ao nosso corpo. 
 
b) a lã possui um baixo coeficiente de condutividade térmica, diminuindo, portanto 
o fluxo de calor para o ambiente. 
 
c) a lã possui um alto coeficiente de condutividade térmica, diminuindo, portanto o 
fluxo de calor para o ambiente. 
 
d) a lã possui um baixo coeficiente de condutividade térmica, aumentando, 
portanto o fluxo de calor para o ambiente. 
 
e) a lã possui um alto coeficiente de condutividade térmica, aumentando, portanto 
o fluxo de calor para o ambiente. 
66 2015 
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7) (UFOP) Durante as noites de inverno usamos um cobertor de lã a fim de 
proteger-nos do frio. Fisicamente é correto afirmar que: 
 
a) a lã retira calor do meio ambiente, fornecendo-o ao nosso corpo. 
 
b) a lã possui um baixo coeficiente de condutividade térmica, diminuindo, portanto 
o fluxo de calor para o ambiente. 
 
c) a lã possui um alto coeficiente de condutividade térmica, diminuindo, portanto o 
fluxo de calor para o ambiente. 
 
d) a lã possui um baixo coeficiente de condutividade térmica, aumentando, 
portanto o fluxo de calor para o ambiente. 
 
e) a lã possui um alto coeficiente de condutividade térmica, aumentando, portanto 
o fluxo de calor para o ambiente. 
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8) (FOC-SP) Quando se aquece a extremidade de uma barra de ferro, o calor se 
propaga para toda a barra. Neste caso o calor se propaga, principalmente, por: 
 
a) condução. 
b) diluição. 
c) indução. 
d) convecção. 
e) radiação. 
68 2015 
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8) (FOC-SP) Quando se aquece a extremidade de uma barra de ferro, o calor se 
propaga para toda a barra. Neste caso o calor se propaga, principalmente, por: 
 
a) condução. 
b) diluição. 
c) indução. 
d) convecção. 
e) radiação. 
69 2015 
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9) (CEFET-PR) Para melhorar o isolamento térmico de uma sala, deve-se: 
 
a) aumentar a área externa das paredes. 
b) utilizar um material de maior coeficiente de condutibilidade térmica. 
c) dotar o ambiente de grandes áreas envidraçadas. 
d) aumentar a espessura das paredes. 
e) pintar as paredes externas de cores escuras. 
70 2015 
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9) (CEFET-PR) Para melhorar o isolamento térmico de uma sala, deve-se: 
 
a) aumentar a área externa das paredes. 
b) utilizar um material de maior coeficiente de condutibilidade térmica. 
c) dotar o ambiente de grandes áreas envidraçadas. 
d) aumentar a espessura das paredes. 
e) pintar as paredes externas de cores escuras. 
71 2015 
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10)(U.F. Santa Maria-RS) Ao encostar a mão em um metal e, logo após, em um 
pedaço de madeira, estando os dois últimos à temperatura ambiente, tem-se a 
sensação que o metal está mais frio. Isso ocorre porque ________________ da 
madeira é _______________do metal. 
 
a) o calor específico, maior do que o. 
b) a capacidade térmica, maior do que a. 
c) a capacidade térmica, menor do que a. 
d) a condutibilidadetérmica, maior do que a. 
e) a condutividade térmica, menor do que a. 
 
 
72 2015 
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10)(U.F. Santa Maria-RS) Ao encostar a mão em um metal e, logo após, em um 
pedaço de madeira, estando os dois últimos à temperatura ambiente, tem-se a 
sensação que o metal está mais frio. Isso ocorre porque ________________ da 
madeira é _______________do metal. 
 
a) o calor específico, maior do que o. 
b) a capacidade térmica, maior do que a. 
c) a capacidade térmica, menor do que a. 
d) a condutibilidade térmica, maior do que a. 
e) a condutividade térmica, menor do que a. 
 
 
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11) (UNEB-BA) Quando uma pessoa pega na geladeira uma garrafa de cerveja e 
uma lata de refrigerante à mesma temperatura, tem sensações térmicas 
diferentes, porque, para a garrafa e a lata, são diferentes: 
 
a) os coeficientes de condutividade térmica. 
b) os coeficientes de dilatação térmica. 
c) os volumes. 
d) as massas. 
e) as formas geométricas. 
 
74 2015 
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11) (UNEB-BA) Quando uma pessoa pega na geladeira uma garrafa de cerveja e 
uma lata de refrigerante à mesma temperatura, tem sensações térmicas 
diferentes, porque, para a garrafa e a lata, são diferentes: 
 
a) os coeficientes de condutividade térmica. 
b) os coeficientes de dilatação térmica. 
c) os volumes. 
d) as massas. 
e) as formas geométricas. 
 
75 2015 
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12) (UFPI) A transferência de calor de um ponto a outro de um meio pode efetuar-
se por três processos diferentes. Sabe-se que, conforme o meio, há um 
processo único possível ou um predominante. Assim, no vácuo, num fluido e 
num sólido a transferência de calor se efetua, respectivamente, por: 
 
a) convecção, radiação, condução. 
b) condução, convecção, radiação. 
c) radiação, convecção, condução. 
d) condução, radiação, convecção. 
e) radiação, condução, convecção. 
 
76 2015 
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12) (UFPI) A transferência de calor de um ponto a outro de um meio pode efetuar-
se por três processos diferentes. Sabe-se que, conforme o meio, há um 
processo único possível ou um predominante. Assim, no vácuo, num fluido e 
num sólido a transferência de calor se efetua, respectivamente, por: 
 
a) convecção, radiação, condução. 
b) condução, convecção, radiação. 
c) radiação, convecção, condução. 
d) condução, radiação, convecção. 
e) radiação, condução, convecção. 
 
77 2015 
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MÁQUINAS TÉRMICAS 
A máquina térmica é um dispositivo que transforma a 
energia interna de um combustível em energia 
mecânica. 
78 2015 
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MÁQUINAS TÉRMICAS 
Também pode ser definida como o dispositivo capaz 
de converter calor em trabalho. 
79 2015 
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Tanto as máquinas térmicas a vapor, que operam com o vapor 
d'água produzido em uma caldeira, quanto as máquinas 
térmicas de combustão interna que operam devido aos gases 
gerados pela queima de combustíveis. 
80 2015 
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O seu funcionamento é baseado no aumento da energia 
interna das substâncias envolvidas e no trabalho realizado, e 
tanto a energia interna, quanto o trabalho, dependem da 
quantidade de energia na forma de calor que foi transferida à 
substância 
81 2015 
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LEI ZERO DA TERMODINÂMICA 
A lei zero da termodinâmica afirma que "Se dois corpos A 
e B estão separadamente em equilíbrio térmico com um 
terceiro corpo T, A e B estão em equilíbrio térmico entre si" 
Essa lei permite a definição de uma escala de temperatura, 
como por exemplo, as escalas de temperatura Celsius, 
Fahrenheit, Kelvin, Réaumur, Rankine, Newton e Leiden 
82 2015 
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A conservação de energia é um Princípio que se aplica a 
qualquer sistema, assim como a conservação de massa. 
 
(1° Lei da termodinâmica) 
83 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
É uma versão da lei de conservação da energia. Este 
postulado admite que diversas formas de trabalho podem 
ser convertidas umas nas outras, elucidando que a energia 
total transferida para um sistema é igual à variação de sua 
energia interna, ou seja, em todo processo natural, a energia 
do universo se conserva sendo que a energia do sistema 
quando isolado é constante. 
84 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
Observa-se também a equivalência entre trabalho e calor, 
onde constatou-se que a variação Q - W é a mesma para 
todos os processos termodinâmicos. 
85 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
A 1° lei da termodinâmica, citada por Rudolf Clausius em 
1850, refere-se a processos termodinâmicos cíclicos. Sempre 
que o trabalho for produzido pela máquina térmica geradora 
de calor, certa quantidade desta energia é consumida. 
86 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
A Rudolf Clausius descreveu a primeira lei referindo-se a 
existência de uma função do estado do sistema chamada 
energia interna (U), expressa em termos de uma equação 
diferencial para os estados de um processo termodinâmico. 
87 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
Esta equação diferencial pode ser traduzida em palavras 
como se segue: 
 
"Em um processo termodinâmico fechado, a alteração da 
energia interna do sistema é igual à diferença entre o 
alteração do calor acumulado pelo sistema e da alteração do 
trabalho realizado". 
88 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
A energia interna é a soma das energias cinética e potencial 
de todas as partículas que constituem este sistema. 
 
Por esta razão, é considerada uma propriedade do sistema, 
depende somente do estado inicial e estado final do 
processo. 
89 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
Ainda, quanto maior a taxa de calor que está sendo 
transferida a determinado sistema, maior será sua energia 
interna do sistema. 
 
Assim, temos: 
 
Q > 0, quando o sistema recebe calor 
Q < 0, quando o sistema perde calor 
90 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
Desta forma, quanto maior a energia interna de um sistema, 
maior será seu potencial para a realização de trabalho. 
 
Assim, temos: 
 
W > 0, quando o sistema se expande e perde energia para o 
meio externo 
W < 0, quando o sistema se contrai e recebe energia do meio 
externo 
91 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
Formulação Matemática 
 
A equação que descreve a relação entre a pressão, volume e 
temperatura é dada por 
 
PV = nRT 
 
onde: 
é o número de mols e R é a constante universal dos gases 
R = 8,31 J/mol.K 
 
92 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
Formulação Matemática 
 
 
A 1° lei da termodinamica baseado no principio da 
conservação de energia define a função de estado energia 
interna. 
93 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
Formulação Matemática 
 
 
Podemos simplificar dizendo que a energia interna depende 
unicamente de dois estados, o inicial e o final. Num sistema 
fechado a indicação desta variação é dada como: 
 
94 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
Formulação Matemática 
Na equação acima, 
 
convencionou-se + Q positivo quando é acrescida energia ao 
sistema e negativo quando retirada; 
 
A energia interna diminui se for cedida energia para a 
vizinhança sob a forma de trabalho W 
95 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
Formulação Matemática 
Para o cálculo de trabalho (W), temos: 
 
𝒅𝑾 = 𝑭.𝒅𝒙, onde; 
𝑭 = 𝒑 × 𝑨 , 𝑒𝑛𝑡ã𝑜; 
𝒅𝑾 = 𝒑 × 𝑨 𝒅𝒙, então; 
𝒅𝑾 = 𝒑 𝑨 × 𝒅𝒙 , logo; 
𝒅𝑾 = 𝒑 × 𝒅𝑽 
 
onde p é a pressão e dV, volume na forma infinitesimal. 
96 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
Formulação Matemática 
Para o cálculo de trabalho (W), temos: 
 
𝒅𝑾 = 𝒑 × 𝒅𝑽 
 𝒅𝑾 = 𝒑 × 𝒅𝑽 
𝑾 = 𝒑 𝒅𝑽 
𝑾 = 𝒑 𝒅𝑽
𝑽𝒇
𝑽𝒊
 
97 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
Formulação Matemática 
Para o cálculo do calor (Q), temos: 
 
 
𝒅𝑸 = 𝒎 × 𝑪𝒑 × 𝒅𝑻 
 𝒅𝑸 = 𝒎 × 𝑪𝒑 × 𝒅𝑻 
𝑸 = 𝒎 × 𝑪𝒑 𝒅𝑻 
𝑸 = 𝒎 × 𝑪𝒑 𝒅𝑻
𝑻𝒇
𝑻𝒊
 
98 2015 
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1° LEI DA TERMODINÂMICA 
Formulação Matemática 
Para o cálculo de calor (Q) que envolva mudança de estado, 
temos: 
 
𝑸 = 𝒎 × 𝑳 
 
onde, 
m é massa e L é calor de transformação (específico a cada 
substância) 
99 2015 
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TRANSFORMAÇÕES TERMODINAMICAS 
Processo adiabático 
Processo em que não há troca de calor com o meio 
externo. [Q = 0] 
 
A variação da energia interna se deve ao trabalho pelo 
sistema. 
 
Exemplo: desodorante aerosol e champagne. 
100 2015 
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TRANSFORMAÇÕES TERMODINAMICAS 
Processo a volume constante 
Também chamado processo isométrico. 
 
O sistema não realiza trabalho. [W = 0] 
 
A variação da energia interna depende da diferença de 
temperatura. 
101 2015 
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TRANSFORMAÇÕES TERMODINAMICAS 
Processo ciclico 
A energia interna não varia porque obtém volume, pressão e 
temperatura iguais no estado inicial e final. 
 
O trabalho será negativo e corresponde à área dentro da 
figura. 
 
Por convenção: +W quando se desloca no sentido horário e 
-W quando desloca-se no sentido anti-horário. 
102 2015 
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TRANSFORMAÇÕES TERMODINAMICAS 
Processo a temperatura constante 
A temperatura não varia (transformação isotérmica). 
 
 
[∆U = 0] 
 
 
[Q = W] 
103 2015 
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TRANSFORMAÇÕES TERMODINAMICAS 
Processo a temperatura constante 
Em resumo; 
 
ADIABÁTICO Q = 0 
ISOVOLUMETRICO W = 0 
ISOTÉRMICO Q = W 
CICLICO Q = 0 
104 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
Na segunda lei da termodinâmica, observa-se também a 
equivalência entre trabalho e calor, onde constatou-se que 
a variação Q - W é a mesma para todos os processos 
termodinâmicos. 
105 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
 
A primeira lei da termodinâmica estabelece a 
conservação de energia em qualquer transformação, a 
segunda lei estabelece condições para que as 
transformações termodinâmicas possam ocorrer. 
106 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
A segunda lei da termodinâmica, expressa, o principio geral 
da entropia de um sistema. 
 
"A quantidade de entropia de qualquer sistema isolado 
termodinamicamente tende a incrementar-se com o 
tempo, até alcançar um valor máximo". 
107 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
A segunda lei da termodinâmica, expressa, o principio geral 
da entropia de um sistema. 
 
“Quando uma parte de um sistema fechado interage com 
outra parte, a energia tende a dividir-se por igual, até que 
o sistema alcance um equilíbrio térmico” 
 
108 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
A segunda lei da termodinâmica afirma que as diferenças 
entre sistemas em contato tendem a igualar-se. 
 
As diferenças de pressão, densidade e, particularmente, as 
diferenças de temperatura tendem a equalizar-se. 
109 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
 
Uma máquina térmica é aquela que provêm de trabalho 
eficaz graças à diferença de temperatura de dois corpos. 
110 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
“Qualquer máquina térmica requer uma diferença de 
temperatura, pois nenhum trabalho útil pode extrair-se de 
um sistema isolado em equilíbrio térmico” 
111 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
”É impossível a construção de uma maquina térmica que 
sem intervenção do meio exterior, consiga transferir calor de 
um corpo para outro de temperatura mais elevada” 
 
Enunciado de Clausius. 
112 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
”É impossível a construção de um dispositivo que, por si só, 
isto é, sem intervenção do meio exterior, consiga transformar 
integralmente em trabalho o calor absorvido de uma fonte a 
uma dada temperatura uniforme” 
 
Enunciado de Kevin-Planck 
113 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
“NÃO existe um processo termodinâmico possível onde o 
único resultado é a absorção de calor de um reservatório e 
sua conversão completa em trabalho”. 
 
Enunciado de Kevin 
114 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
“Para que uma máquina térmica realize trabalho são 
necessárias duas fontes térmicas de diferentes 
temperaturas” 
 
Enunciado de Carnot 
115 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
“Para transformar calor em energia cinética, utiliza-se uma 
máquina térmica, porém esta não terá 100% eficiencia na 
conversão”. 
 
Enunciado de Carnot 
116 2015 
MÁQUINAS TÉRMICAS 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
“uma caldeira de um barco a vapor não poderia produzir 
trabalho se o vapor estiver a temperaturas e pressão 
comparadas ao meio que a rodeia” 
117 2015 
MÁQUINAS TÉRMICAS 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
Um automóvel a 50 km/h é subitamente freado e toda a sua 
energia cinética será eventualmente transformada em 
energia interna das pastilhas de freio e outras fontes de 
atrito que se aquecerão. 
118 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
𝒅𝑺
𝒅𝒕
≥ 𝟎 
onde S é a entropia do sistema 
 
A entropia de um sistema isolado nunca decresce. 
119 2015 
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2° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
𝒅𝑺
𝒅𝒕
≥ 𝟎 
onde S é a entropia do sistema 
120 2015 
MÁQUINAS TÉRMICAS 
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3° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
A terceira lei da termodinâmica foi desenvolvida por 
Walther Nernst entre 1906 e 1912, e diz que, quando um 
sistema se aproxima da temperatura do zero absoluto, todos 
os processos cessam, e a entropia tem um valor mínimo. 
121 2015 
MÁQUINAS TÉRMICAS 
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3° LEI DA TERMODINÂMICA 
 
Equação proposta por Nernst 
lim
𝑇→0
∆𝑠 = 0 
Onde; 
∆s = variação de entropia 
T = Temperatura 
Máquinas térmicas 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 2 2015 
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 
4 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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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 
6 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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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) 
8 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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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 
10 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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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 
12 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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13 2015 
O trabalho externo do compressor 
é que faz com que o calor seja 
retirado do interior da geladeira 
14 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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15 2015 
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16 2015 
CICLO DE REFRIGERAÇÃO 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 17 2015 
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 
18 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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. 
19 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
20 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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. 
21 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
máquina 
de 
Newcomen 
22 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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. 
23 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardosowander.multivix@yahoo.com.br 
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. 
24 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
25 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
26 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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. 
27 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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. 
28 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
29 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
30 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
31 
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 
32 
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% 
32 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 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.” 
33 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 Máquinas Térmicas Impossíveis 
 Enunciado de Clausius 
“É impossível 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. 
 41 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 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 
44 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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 
47 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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 
48 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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 
50 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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) 
 
51 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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 
52 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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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54 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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56 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
57 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
BALANÇO ENERGÉTICO 
A quantidade de calor (Q) fornecida ao sistema pelo 
combustível aumenta sua energia interna e realiza trabalho 
Primeira Lei da Termodinâmica 
TUQ 
58 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
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 
59 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
60 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
61 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 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 
66 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 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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wander.multivix@yahoo.com.br 79 
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 
Omotor 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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85 2015 
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86 2015 
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87 2015 
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88 2015 
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89 2015 
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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. 
95 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
96 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
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 o maior 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 
100 2015 Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
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%. 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
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); 
 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
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). 
 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
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 
 Rotorgirando 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 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 
 
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 
Prof. MSc. Wandercleiton da Silva Cardoso wander.multivix@yahoo.com.br 135 2015 
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 
entalpia dos 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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 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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 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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 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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 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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 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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 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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 CICLO DE BRAYTON 
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 CICLO DE BRAYTON 
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 CICLO DE BRAYTON 
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 CICLO DE BRAYTON 
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 CICLO DE BRAYTON 
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 CICLO DE BRAYTON 
As turbinas a gás são utilizadas numa grande 
variedade de serviços. 
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 CICLO DE BRAYTON 
Elas estão presentes em diferentes 
segmentos: 
 - Aviação, 
 - Bombas 
- Compressores 
- Geradores de energia elétrica. 
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 CICLO DE BRAYTON 
O rendimento das turbinas a gás