Trabalho1_Ciclos_Termodinamicos_Oficial

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Universidade Federal de Santa Catarina – Campus Blumenau 
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Têxtil 
Disciplina: Termodinâmica 
Elizandra Mara De Oliveira, Guido Hobolt, Letícia Küster 
 
Generalidades da Termodinâmica 
Foi para estudar as máquinas térmicas e como melhorar sua eficiência que 
surgiu a disciplina da termodinâmica. A primeira patente de uma máquina térmica foi 
obtida pelo engenheiro e capitão da marinha britânica Thomas Savery em 1689, após 
apresentar sua invenção ao rei da Inglaterra. Um ano depois, sua patente foi estendida 
até 1732 e lhe dava direito sobre qualquer máquina que utilizasse o fogo para gerar 
trabalho. Era na verdade uma bomba para remover água das minas de carvão. Em 
1712 Newcomen apresenta uma máquina mais eficiente, mas a patente de Savery 
exigiu que ambos se associassem. Um novo desenvolvimento só ocorre com James 
Watt. 
Com a revolução industrial na segunda metade do século XVIII, as primeiras 
máquinas vieram a substituir o esforço humano e funcionavam na base da conversão 
de calor em trabalho, logo surgiu a questão relacionada ao seu rendimento: quantos 
joules posso obter a partir de uma caloria? O primeiro grande desenvolvimento deve-se 
a James Joule que reconheceu, em 1843, não só que qualquer trabalho pode ser 
integralmente convertido em calor como estabeleceu as bases para o Primeiro 
Princípio da Termodinâmica: num sistema isolado, a energia total conserva-se. O 
segundo grande passo deve-se a Lord Kelvin que, em 1851, especulou não ser 
possível converter integralmente calor em trabalho, um resultado que viria a 
fundamentar o importante conceito de entropia introduzido, em 1865, por Rudolf 
Clausius, e a estabelecer o Segundo Princípio da Termodinâmica: num sistema 
isolado, a entropia não pode decrescer. Estes dois Princípios balizam completamente a 
Termodinâmica Clássica. 
Ciclos Termodinâmicos 
Define-se como ciclo termodinâmico a sequência repetitiva de transformações 
físicas produzidas por um sistema a fim de realizar trabalho. Os ciclos termodinâmicos 
são a base do funcionamento de motores de calor, que operam a maioria dos veículos 
no mundo. 
Um ciclo termodinâmico é um circuito de transformações em um ou mais 
dispositivos pretendidos a partir de duas fontes de calor com temperaturas diferentes, 
ou, inversamente, para produzir trabalho, proporcionando a passagem de fonte 
de calor de temperatura mais baixa a temperatura mais elevada. 
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/propriedades-termodinamicas/calor
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/propriedades-termodinamicas/temperatura
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/propriedades-termodinamicas/calor
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/propriedades-termodinamicas/temperatura
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/propriedades-termodinamicas/temperatura
A obtenção de trabalho a partir de duas fontes térmicas a 
diferentes temperaturas é utilizada para produzir movimento, por exemplo, em motores 
térmicos ou alternadores utilizados na geração de energia elétrica. 
O desempenho é o principal parâmetro que caracteriza um ciclo 
termodinâmico. O desempenho é definido como o trabalho obtido dividido pelo calor 
gasto no processo, em um mesmo tempo de ciclo completo, se o processo é 
contínuo. Este parâmetro é diferente de acordo com os múltiplos tipos de ciclos 
termodinâmicos existentes, mas é limitado pelo fator ou desempenho de Carnot. 
Um ciclo termodinâmico reverso/inverso busca o oposto do ciclo termodinâmico 
de obtenção de trabalho. O trabalho externo é fornecido ao ciclo para assegurar que 
a transferência de calor ocorra da fonte mais fria para o mais quente, ao contrário de 
como ela tenderia a acontecer naturalmente. Este arranjo é usado em máquinas de ar 
condicionado e refrigeração. 
 
Figura 1 - Finalidade dos ciclos termodinâmicos 
 
Fonte: Nascimento, Francisco 
 
Existem muitos tipos de ciclos termodinâmicos e os tipos de motores de calor 
que os mesmos representam: 
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/propriedades-termodinamicas/temperatura
https://pt.solar-energia.net/eletricidade
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/propriedades-termodinamicas/calor/transferencia-de-calor
Figura 2 – Tipos de ciclos termodinâmicos
 
Fonte: Nascimento, Francisco. 
 
Ciclo de Carnot 
O ciclo de Carnot, proposto pelo engenheiro francês Nicolas Léonard Sadi 
Carnot, é considerado um ciclo termodinâmico ideal, representando apenas o 
funcionamento teórico de uma máquina. Este ciclo reversível é formado por 
duas transformações isotérmicas, que se alternam com duas transformações 
adiabáticas. Todas as trocas de calor são isotérmicas neste ciclo. 
Até hoje, não foi possível desenvolver uma máquina de Carnot, ou seja, uma 
máquina que opere sob o ciclo de Carnot, uma vez que, seu rendimento corresponde 
ao máximo que uma máquina térmica pode atingir, operando entre determinadas 
temperaturas de fonte quente e fonte fria. Assim, para chegar próximo ao sistema 
isotérmico, um processo real desse ciclo teria que ser muito lento e isso inviabilizaria 
seu uso.Por representar o ciclo mais básico da Termodinâmica, a máquina de Carnot é 
utilizada apenas como um comparativo, que mostra se uma máquina térmica tem ou 
não um bom rendimento. 
Ciclo de Ericsson 
O ciclo da Ericsson é nomeado em homenagem a John Ericsson, que projetou e 
construiu máquinas de aquecimento com base em vários ciclos termodinâmicos. J. 
Ericsson inventou duas máquinas de aquecimento cíclico e desenvolveu máquinas 
práticas baseadas nesses ciclos. Seu primeiro ciclo é conhecido como o "ciclo fechado 
de Brayton", enquanto o segundo ciclo é chamado de "ciclo de Ericsson". 
O ciclo de Ericsson é um ciclo termodinâmico ideal composto por quatro 
processos reversíveis, duas transformações isotérmicas e duas transformações 
isobáricas. Isso descreve o ciclo operacional teórico de um tipo de motor térmico 
https://www.infoescola.com/fisica/ciclo-de-carnot/
https://www.infoescola.com/termodinamica/transformacao-isotermica/
chamado motor de Ericsson. O ciclo da Ericsson tem semelhanças com outros ciclos 
principais, como o ciclo de Stirling e o ciclo de Brayton. 
Ciclo Rankine 
O ciclo Rankine é o ciclo termodinâmico que representa de forma idealizada o 
funcionamento das máquinas a vapor, ou seja, de um motor que opera através da 
transformação de energia térmica em energia mecânica. Tal processo baseia-se no 
fato de que um gás se contrai ao condensar e se expande quando evapora, de forma a 
realizar trabalho mecânico. Sendo assim, neste ciclo existe uma transição de fases: 
condensação e evaporação. 
Esse modelo usa um fluido orgânico de alto peso molecular com uma mudança 
de fase de líquido para vapor ou ponto de ebulição, que acontece a uma temperatura 
mais baixa do que a mudança de fase da água para o vapor. 
O uso desses fluidos permite o uso do ciclo Rankine para a recuperação de 
calor de fontes de baixa temperatura, como a combustão de resíduos industriais, calor 
geotérmico, coletores solares térmicos, etc. Esta fonte de temperatura mais baixa 
torna-se um trabalho útil, que por si só pode ser convertido em eletricidade. 
Ciclo de Stirling 
O motor de ar quente Stirling ou simplesmente o motor Stirling é um motor 
alternativo de combustão externa, inventado por Robert Stirling em 1816. O motor 
Stirling é uma evolução dos motores de ar quente que foram usados na Inglaterra 
durante a primeira revolução industrial. Em particular, a invenção de Stirling envolveu a 
adoção de uma unidade de recuperação de calor, um dispositivo que tornou possível 
melhorar significativamente o desempenho do motor. 
O ciclo de Stirling idealiza o funcionamento de um motor de combustão externa. 
Esse ciclo é o mais simples, uma vez que é composto apenas por duas câmaras que 
oferecem temperaturas diferentes, de maneira que o gás seja resfriado 
alternadamente. 
Este cicloé o que mais se parece com o ciclo de Carnot. As máquinas térmicas 
que operam com base no ciclo de Stirling apresentam um rendimento maior do que 
aquelas operadas com base no ciclo de Otto ou de Diesel. 
Ciclo de Otto 
O ciclo de Otto idealiza o funcionamento de motores de combustão interna, que 
operam grande parte dos veículos automotores movidos a álcool, gasolina ou gás 
natural. Neste tipo de motor, o calor captado pelo ciclo é proveniente de uma reação 
de combustão, que acontece no interior do motor. Uma faísca provoca a ignição da 
combustão e com isso, os gases produzidos na reação são utilizados para realizar 
trabalho. 
https://www.infoescola.com/fisica/energia-termica/
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/ciclos-termodinamicos/ciclo-rankine
https://pt.solar-energia.net/solar-termica/componentes/coletores-solares-termicos
https://pt.solar-energia.net/eletricidade
https://www.infoescola.com/fisica/ciclo-de-otto/
https://www.infoescola.com/reacoes-quimicas/combustao/
Assim como nenhum outro ciclo termodinâmico, o ciclo de Otto não é tão 
eficiente quanto o ciclo de Carnot, visto que sua eficiência depende diretamente das 
propriedades do fluido, como, por exemplo, o calor latente de evaporação e a energia 
interna. 
Ciclo de Diesel 
O ciclo de Diesel representa o funcionamento de outro tipo de motor de 
combustão interna: o motor movido a diesel. A principal característica deste ciclo é o 
fato da combustão ser provocada pela compressão da mistura de combustível com o ar 
(sem faísca). Isso ocorre porque nesse tipo de motor não existe a vela (o dispositivo 
que causa a faísca), ao contrário dos motores movidos a gasolina, por exemplo. 
O motor diesel é um motor térmico que possui combustão interna alternativa que 
é produzida pela auto-ignição do combustível devido às altas temperaturas derivadas 
da alta taxa de compressão que ele possui, de acordo com o princípio do ciclo diesel. O 
ciclo termodinâmico utilizado pelo motor Diesel é o ciclo Diesel. 
O motor diesel pode usar gasóleo / gasóleo ou óleos pesados derivados 
do petróleo, bem como óleos naturais como o óleo de girassol, além de ser muito 
eficiente em termos termodinâmicos; os melhores e mais desenvolvidos motores a 
diesel atingem um valor entre 45% e 55% de eficiência térmica, um valor muito alto em 
relação a quase todos os motores de explosão. 
 É um dos motores mais utilizados desde a sua criação em várias aplicações. 
Ciclos Termodinâmicos e Seus Processos 
Na prática, ciclos termodinâmicos idealizados simples são geralmente compostos 
por quatro processos termodinâmicos. A princípio, qualquer processo pode ser usado, 
no entanto, quando ciclos idealizados são modelados, geralmente se mantém uma das 
variáveis de instância constante, como nos seguintes processos: processo 
isotérmico (temperatura constante), processo isobárico (pressão constante), processo 
isocórico (volume constante), processo isotrópico (entropia constante) ou processo 
entálpico (entalpia constante). Geralmente processos adiabáticos (onde não há troca 
de calor) também são usados. 
https://www.infoescola.com/fisica/calor-latente/
https://pt.solar-energia.net/energias-nao-renovaveis/combustiveis-fosseis/petroleo
https://pt.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A2mica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_isot%C3%A9rmica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_isot%C3%A9rmica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_isob%C3%A1rica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_isoc%C3%B3rica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_isoc%C3%B3rica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Isotropia
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transforma%C3%A7%C3%A3o_adiab%C3%A1tica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Calor
Figura 3 –Processos termodinâmicos e os processos que os compõem
 
Fonte: Wikipedia 
Ciclos de Refrigeração e Bomba de Calor 
Ciclos de bomba de calor são modelos termodinâmicos aplicados em bombas de 
calor e refrigeradores. Os ciclos de refrigeração e as bombas de calor, são 
basicamente os “ares condicionados” e os “aquecedores”. Se o motor “consome” calor 
para gerar trabalho, então os refrigeradores e as bombas de calor vão consumir calor 
para manipular o calor. Uma vez que esses ciclos fazem com que o calor siga num 
sentido não convencional. Indo do calor mais frio para o calor mais quente. 
A diferença entre os dois é que bombas de calor são feitas para manter um local 
quente, enquanto refrigeradores são feitos para refrigerá-lo. 
As bombas de calor de alta temperatura são máquinas térmicas que permitem a 
recuperação de energia residual e que, em muitas das vezes, se perde no meio 
ambiente sem utilização, porque o seu calor é de baixa temperatura e não são úteis 
para a indústria. Isso gera um impacto prejudicial ao meio ambiente e alto consumo de 
energia. 
Esta tecnologia permite operar com temperaturas de evaporação entre 40 e 90ºC e 
com temperaturas de condensação entre 110 e 150ºC. Eles são capazes de absorver 
calor residual e produzir calor útil na forma de vapor ou água pressurizada em alta 
eficiência, mas o compressor precisa de uma entrada de energia elétrica (TORO; 
ISAZA; CHEJNE, 2006). 
 Em muitos processos industriais são exigidas condições de temperatura entre 80 ° 
C e 90 ° C, que atualmente são obtidas pelo aquecimento de fluido de transferência de 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_calor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_calor
calor em caldeiras que utilizam combustíveis fósseis, mas com alto custo econômico e 
degradação do meio ambiente. 
Os resíduos de energia em baixa temperatura, normalmente abaixo de 40ºC, são 
difíceis de recuperar e reutilizar no processo, tornando-se uma fonte de energia 
constante não reutilizável e poluente, podendo afetar o desempenho energético. 
Apesar das desvantagens energéticas da utilização de fluidos de transferência de calor 
em caldeiras e das vantagens do uso de bombas de calor, estas últimas não se 
espalharam no setor industrial como desejado por razões econômicas e técnicas. 
Figura 4 – Maquinas térmicas e bombas de calor 
 
Fonte: Wikipedia 
O ciclo de refrigeração mais simples é o de compressão de vapor, que modela 
sistemas usando refrigeradores que mudam de fase. Ciclos de refrigeração de gás 
incluem o ciclo de Brayton reverso e o ciclo de Hampsom-Linde. 
O desempenho do ciclo de refrigeração por compressão a vapor depende, em 
particular, do fluido refrigerante; por isso, é importante a análise do coeficiente de 
desempenho do ciclo. Com esse dado, é possível determinar qual fluido é mais viável 
para ser utilizado. (MARQUES, 2010). A principal função dos fluidos refrigerantes é o 
transporte de calor. 
Segundo Marques (2010), genericamente, os fluidos refrigerantes podem ser 
classificados da seguinte forma: hidrocarbonetos halogenados, misturas azeotrópicas 
de hidrocarbonetos hologenados, misturas não azeotrópicas de hidrocarbonetos 
hologenados, compostos orgânicos e compostos inorgânicos. 
Na década de 70, estudos identificaram que essas substâncias destruíram a 
camada de gás ozônio, por serem voláteis, conseguem atingir a estratosfera antes de 
serem destruídas e, portanto foram os maiores responsáveis pelo buraco na camada 
de ozônio (ALVES; RODRIGUES). 
 Nos meados da década de 80, com o protocolo de Montreal, determinou-se a 
substituição dos CFCs (Clorofluorcarbonetos) que deveriam ser proibidos até 2010 em 
países menos desenvolvidos. Houve muitas tentativas de substituição desses, um 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_refrigera%C3%A7%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Refrigera%C3%A7%C3%A3o_por_compress%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Brayton
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Hampson-Linde
deles foi os compostos parcialmente (hidroclorofluorcabonetos) HCFCs e os 
(hidrofluorcarbonos) HFCs. No entanto, estudos apontaram que os HCFs também 
colaboram para o efeito estufa e devemser progressivamente reduzidos até 2040, 
conforme Ministério do Meio Ambiente, em 2005. 
Os fluidos blend R404A, composto de três HFCs (R125, R143a e R134a) e 
R134a, que é um HFC ou o blend R422D, composto de dois HFCs (R125, R134a) e um 
HC (R600a) podem ser indicados para substituir o R22, que deverá ser abolido até 
2040, por ser prejudicial à camada de ozônio, segundo MMA( Ministério do Meio 
Ambiente) mas não serão os definitivos, uma vez que eles evitam os danos à camada 
de ozônio, porém ainda provocam impacto no aquecimento global. Atualmente são as 
alternativas mais viáveis para aplicação comercial para compressores acima de ½ HP 
em substituição ao R22. 
 
Eficiência de uma Bomba de Calor 
A eficácia de uma bomba de calor é descrita em termos de um número chamado 
coeficiente de desempenho ou performance (COD ou COP). O refrigerador ou ar-
condicionado mais eficaz é aquele que remove a maior quantidade de energia do 
reservatório frio em troca da menor quantidade de trabalho. Então, para esses 
aparelhos operando no modo de resfriamento, definimos o COD em termos de QL: 
COD (Modo de resfriamento): 
𝑄𝐿
𝑊
 
 
E no modo aquecimento, o COD ou COP de uma bomba de calor é definido como a 
proporção da energia transferida para o reservatório quente pelo trabalho necessário 
para transferir aquela energia: 
COD (Modo de aquecimento): 
𝑄𝐻
𝑊
 
Figura 5 – Ciclos de refrigeração e bombas de calor 
 
Fonte: Moreira, José 
Refrigeradores e Bombas de Calor no Dia a Dia 
A grande maioria das bombas de calor atualmente funciona com base no ciclo 
de compressão mecânica de vapor ou ciclo de absorção. Teoricamente, bomba de 
calor pode ser conseguida por outros ciclos termodinâmicos, estes incluem ciclos 
Stirling e Vuilleumier, ciclos monofásicos (por exemplo, com o ar, CO2 ou gases 
nobres), sistemas de sorção sólido-vapor, sistemas híbridos (nomeadamente 
combinando a compressão de vapor e ciclo de absorção) e processos 
eletromagnéticos e acústicos (GARRIDO, 2014). 
Os sistemas de ar condicionado mais comuns utilizam o processo de 
refrigeração (ou aquecimento) através de compressão de vapor de um fluido (chamado 
normalmente de fluido frigorífico ou fluido refrigerante), que consiste em um ciclo 
fechado composto de quatro etapas: 
 1. Compressão do fluido frigorífico no estado vapor, de baixa pressão para alta 
pressão, através de um compressor; 
2. Dessuperaquecimento e condensação do fluido frigorífico, a alta pressão, 
através de um trocador de calor que normalmente utiliza o ar externo direto ou água 
proveniente de uma torre de resfriamento, onde é resfriada pelo ar externo; 
3. Expansão (ou despressurização) do fluido frigorífico líquido, através de um 
dispositivo de expansão (válvula, orifício, tubo capilar, etc), que resultará em uma 
mistura de líquido e vapor a baixa pressão; 
4. Evaporação total do fluido frigorífico a baixa pressão, através de um trocador 
que irá resfriar (e desumidificar) o ar (direta ou indiretamente) a ser insuflado no 
ambiente condicionado. 
O ciclo ou método termodinâmico mais utilizado para aquecimento, ar 
condicionado, geladeiras e bombas de calor é o ciclo de compressão de vapor. 
 
 
Figura 6 – Ciclo de compressão a vapor aplicado aos sistemas de ar 
condicionado 
 
Fonte: MMA, 2017 
Os sistemas de ar condicionado podem ser divididos em dois tipos principais: 
 
1- Sistemas de Expansão Direta 
 
Quando o ar a ser insuflado no ambiente é resfriado (ou aquecido) em um 
trocador de calor do tipo serpentina, que utiliza o próprio fluido frigorífico evaporando 
no interior dos tubos da serpentina em uma temperatura mais baixa (ou no caso de 
aquecimento, condensando em uma temperatura mais elevada). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://www.nuclear-power.net/nuclear-engineering/thermodynamics/thermodynamic-cycles/heating-and-air-conditioning/vapor-compression-cycle-vapor-compression-refrigeration/
Figura 7 – Sistema de ar condicionado (resfriamento) do tipo expansão direta 
 
Fonte: MMA, 2017 
Os exemplos mais comuns de sistemas de ar condicionado (para resfriamento) do tipo 
de expansão direta são: 
Aparelho de ar condicionado de Janela – sistema unitário compacto, típico para 
instalações residenciais para um único ambiente, com controle apenas da temperatura 
ambiente (com sensor no retorno do equipamento) e extremamente limitado para 
atender os requisitos de qualidade do ar interior 
 
Figura 8 – Ar condicionado de janela 
 
Fonte: MMA, 2017 
Sistema tipo Split – sistema unitário, com a unidade evaporadora instalada no 
ambiente condicionado e a unidade condensadora (compressor e condensador) 
instalada em área externa remota, típico para instalações residenciais para um ou dois 
ambientes, com controle apenas da temperatura ambiente (com sensor no retorno da 
unidade evaporadora) e extremamente limitado para atender os requisitos de qualidade 
do ar interior. 
Figura 9 – Ar condicionado split 
 
Fonte: MMA, 2017 
No modo de aquecimento, as bombas de calor são três a quatro vezes mais 
eficazes no aquecimento (ou seja, podem ter COP = 4) do que simples aquecedores de 
resistência elétrica que usam a mesma quantidade de eletricidade. O custo 
normalmente instalado para uma bomba de calor é cerca de 20 vezes maior do que 
para aquecedores de resistência. 
No modo de resfriamento, o fluxo é invertido e a bobina externa é um 
condensador, enquanto a interna é um evaporador. No modo de aquecimento, a 
bobina externa é um evaporador, enquanto a interna é um condensador. O COP para o 
modo de resfriamento é menor que o modo de aquecimento, porque o trabalho 
realizado pelo compressor é utilizado apenas durante o modo de aquecimento. 
2- Sistemas de Expansão Indireta 
 
Quando o ar a ser insuflado no ambiente condicionado é resfriado (ou aquecido) 
em uma serpentina que utiliza um fluido secundário, normalmente água no estado 
líquido. O fluido secundário é bombeado e circula por uma rede hidráulica (tipicamente 
um circuito hidrônico fechado) e, após passar pela serpentina de resfriamento (ou 
aquecimento) do ar, retorna para o trocador de calor do sistema de refrigeração onde é 
resfriado pelo fluido frigorífico que evapora em uma temperatura mais baixa (ou no 
caso de aquecimento, que condensa em uma temperatura mais elevada). Os sistemas 
do tipo expansão indireta são os sistemas de água gelada que utilizam as unidades 
resfriadoras de líquido – os chillers – como equipamentos do processo de refrigeração. 
Os sistemas de água gelada são mais complexos, porém o sistema de 
refrigeração fica restrito apenas aos chillers, ou seja, em equipamento compacto e em 
área restrita fora dos ambientes condicionados. As redes de distribuição são apenas do 
circuito de água gelada dos chillers para os condicionadores de ar, e as redes de 
distribuição de ar dos condicionadores de ar para os ambientes condicionados. Devido 
à sua complexidade, os sistemas de água gelada são aplicáveis a edificações de maior 
porte, tipicamente com carga térmica superior a 1000 kW (aproximadamente 300 ton). 
Os sistemas de água gelada associados a condicionadores de ar podem atender 
plenamente os requisitos de conforto térmico e de processos industriais, com controle 
de temperatura e umidade relativa e os requisitos de filtragem e renovação de ar para 
servir diferentes ambientes condicionados. 
 
Figura 10 – Sistema de ar condicionado do tipo expansão indireta utilizando 
chillers 
 
 
Fonte: MMA, 2017 
 
Bombas de Calor na Indústria 
 
 Segundo Garrido, 2014, para garantir a boa aplicação de bombas de calor na 
indústria, os processos devem ser melhorados e integrados, assim o aumento 
eficiência energética pela otimização termodinâmica dos processos industriais de 
maneira geral é alcançado. 
 As bombas de calor industriais podem se tornar uma importante tecnologia para 
redução das emissões de gases, melhorar a eficiência e limitaro uso de água para o 
resfriamento. 
A seguir, uma comparação entre o consumo de energia entre três fontes de 
geração de calor para obter como resultado 5 kW de calor, observando nitidamente as 
vantagem da bombas de calor (CÓRDOVA-LOBATÓN,2011). 
 
Figura 11 – Comparativo de consumo de energia entre diferentes fontes de 
geração de calor 
 
 Fonte: CÓRDOVA-LOBATÓN,2011 
 As bombas de calor operam recuperando calor de uma fonte externa o que, 
segundo CÓRDOVA-LOBATÓN (2011), permite utilizar uma quantidade reduzida de 
energia para seu funcionamento, podendo alcançar reduções de até 80,0% no 
consumo de energia. 
 
Os principais Tipos de Bombas de Calor Industriais 
 
 Segundo Garrido, 2014 esses são alguns dos tipos de bombas de calor de uso 
industrial: 
 
Sistemas de Recompressão Mecânica de Vapor (MVRs) 
 
 Os sistemas MVRs são classificados como bombas de calor aberto ou semi- 
aberto. Nos sistemas abertos o vapor de um processo industrial é comprimido a uma 
maior pressão e temperatura e condensado durante o processo de rejeição de calor. 
Em sistemas semi-abertos o calor do vapor recomprimido é transferido para o processo 
através de um permutador de calor (evaporador/condensador). 
 
 
Bombas de Calor de Compressão de Ciclo Fechado 
 
 São aplicadas quando o fluido de trabalho utilizado não ultrapassa a 
temperatura máxima de descarga de 120°C. 
 
Bombas de Calor de Absorção (tipo I) 
 
 As bombas de calor tipo I não são amplamente utilizadas em aplicações 
industriais. Os sistemas atuais com brometo de lítio/água como par de trabalho podem 
atingir uma temperatura de descarga de 100ºC e uma elevação de temperatura de 
65ºC. O COP (coeficiente de performance) varia tipicamente 1,2-1,4. A nova geração 
avançada de sistemas de bombas de calor de absorção opera com temperaturas mais 
altas de saída (até 260ºC) e temperatura de geração de vapor mais elevadas. 
 
Transformadores de Calor (tipo II) 
 
 Os Transformadores de Calor (tipo II) têm os mesmos componentes principais 
e princípio de funcionamento de bombas de calor de absorção. Com o transformador 
de calor, o calor rejeitado de um sistema pode ser utilizado praticamente sem o uso de 
energia de um meio externo. O calor não aproveitado num sistema, a uma temperatura 
média, é fornecido ao evaporador e gerador e o calor útil de uma temperatura mais alta 
é rejeitado no absorvedor. Todos os sistemas atuais usam água e brometo de lítio 
como par trabalhado. Os transformadores de calor podem atingir uma temperatura de 
entrega de até 150ºC, tipicamente com uma elevação de 50ºC. COPs sob estas 
condições variam 0,45-0,48. 11 
 
Bombas de Calor Ciclo Brayton Reverso 
 
 A bomba de Calor Ciclo Brayton Reverso é utilizada para recuperar solventes 
de gases em muitos processos. O solvente carregado no ar é comprimido e depois 
expandido, posteriormente é resfriado durante a expansão, os solventes condensam e 
são recuperados. A expansão adicional (com o arrefecimento adicional associada, a 
condensação e a recuperação de solventes) ocorre na turbina que aciona o 
compressor. 
 
Aplicações de Bombas de Calor Industriais 
 
Segundo Guilhermetti, 2006, as bombas de calor industriais são usadas principalmente 
para: 
● Aquecimento e refrigeração de espaços; 
● Aquecimento e refrigeração de processos industriais; 
● Aquecimento de água para lavagem e limpeza; 
● Produção do vapor; 
● Secagem e desumidificação; 
● Evaporação; 
● Destilação; 
● Concentração. 
 
 Os setores químicos, petroquímicos, alimentos e bebidas, celulose e papel e 
têxtil consistem em um enorme campo para utilização das bombas de calor, devido aos 
processos supracitados, pois para destes processos nestas indústrias, a faixa de 
temperatura utilizável é condizente com as condições de operação das bombas de 
calor atualmente existentes (GUILHERMETTI, 2006). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Considerações Finais 
 
 As máquinas térmicas possibilitaram à humanidade alcançar novos horizontes 
tanto na área industrial quanto no dia a dia, elas proporcionaram uma aceleração dos 
processos nas indústrias por realizar trabalho por meio da energia térmica e por 
também auxiliarem nos transportes como por exemplo a capacidade de mover trens 
através do vapor. 
 É impossível imaginar nossa vida sem esses dispositivos, que a cada dia 
estão mais aprimorados. 
 Em relação aos ciclos termodinâmicos estudados, os motores que usam o 
ciclo Diesel apresentam os maiores rendimentos das máquinas térmicas – cerca de 
30% – enquanto os motores a gasolina, que geralmente utilizam o ciclo Otto, têm 
rendimento de até 20%. As máquinas térmicas ideais, também conhecidas como 
máquinas de Carnot, são teóricas e operam de acordo com o ciclo de Carnot. O ciclo 
de Carnot apresenta quatro etapas: duas transformações isotérmicas e duas 
transformações adiabáticas. Essas transformações são, respectivamente, 
extremamente lentas e extremamente rápidas, tornando esse ciclo impraticável em 
máquinas reais. No entanto, as máquinas reais são projetadas de forma que o seu ciclo 
de operação se assemelhe ao máximo ao ciclo de uma máquina ideal, de forma a 
apresentar o maior rendimento possível. Assim, a maior eficiência possível de uma 
máquina térmica é a de Carnot, que, como provado anteriormente, é sempre menor 
que a unidade, logo, não existe máquina térmica perfeita com eficiência de 100%. 
 Em relação às atividades industriais, especificamente a indústria têxtil, a 
termodinâmica é muito utilizada principalmente nas fases de beneficiamento molhado 
dos substratos. Tanto a 1ª quanto a 2ª lei da termodinâmica são muito utilizadas 
nestes processos que precisam de trocas constantes de calor e energia, tanto na 
produção de força motriz como em aquecimentos e resfriamentos. Sendo os 
processos termodinâmicos da indústria têxtil realizados principalmente na troca de 
calor através do vapor obtido em caldeiras que utilizam combustíveis alternativos e 
renováveis como madeira de reflorestamento, gás natural entre outras, transformando 
água em vapor superaquecido, alimentando diversas máquinas e equipamentos das 
tinturarias têxteis. 
 No entanto, entre o aquecimento e a utilização de energia feita nas máquinas, 
existe uma perda muito considerável (troca térmica entre tubulações com o ambiente), 
pois após fornecer o trabalho desejado nos equipamentos, o vapor faz o ciclo reverso 
transformando-se em água novamente. 
 Outro ciclo termodinâmico muito utilizado nesta área são os aquecedores de 
óleos térmicos, esses por sua vez, usados para alcance de temperaturas mais 
elevadas, neste caso o óleo executa o trabalho de aquecimento das maquinas e 
retorna em temperaturas menores aos aquecedores. 
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-transformacao-isotermica.htm
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/estudo-transformacao-adiabatica.htm
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 Por mais eficientes que sejam os processos termodinâmicos dentro da 
indústria têxtil, a 1ª lei que é princípio da conservação de energia, ainda precisa ser 
muito melhorada nos processos e equipamentos. É certo afirmar que as leis da 
termodinâmica estão presentes e determinam grande parte do andamento dos 
processos na indústria têxtil. 
 Em relação à eficiência das bombas de calor é possível verificar uma 
economia de até 70% comparada aos demais sistemas de aquecimento e ou 
resfriamento. E essa por sua vez aproveita o calor contido no ar, tornando-se uma fonte 
natural de energia, sendo assim uma forma mais sustentável de tecnologia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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