MAPA – EMEC – Termodinâmica – 53/2026

MAPA – EMEC – TERMODINÂMICA – 53/2026

CONTEXTUALIZAÇÃO

Uma agroindústria de café pretende instalar uma câmara frigorífica para armazenamento de grãos especiais destinados à exportação. O engenheiro responsável recebeu duas propostas de sistema de refrigeração:

– Sistema A: ciclo reverso de Carnot.

– Sistema B: ciclo de compressão de vapor ideal. Considere que o refrigerante entra no compressor como vapor saturado na pressão de evaporação e sai do condensador como líquido saturado na pressão de condensação. Considere compressão isentrópica e expansão isentálpica.

Em ambos os sistemas, o fluido de trabalho é o R-717, com temperatura de condensação de 30 ºC e temperatura de evaporação de -10 ºC, sendo mantido com vazão de 2,0 kg/s. Para todas as etapas, considere regime permanente; variações de energia cinética e potencial desprezíveis; compressor operando adiabaticamente; condensador e evaporador sem realização de trabalho; válvula de expansão operando de forma isentálpica.

A empresa deseja avaliar não apenas a capacidade de refrigeração, mas também o consumo energético e a viabilidade econômica da instalação. Você será contratado como consultor para emitir um parecer técnico.

Etapa 1 – Análise Termodinâmica

Para os sistemas A e B, determine:

a) Taxa de refrigeração.

a) Potência requerida pelo compressor.

c) Taxa de rejeição de calor.

d) COP.

e) Representar o ciclo em um diagrama T-s.

Etapa 2 – Avaliação Energética e Econômica

A câmara frigorífica opera 20 horas por dia e 30 dias por mês. Sendo o custo de energia no valor de R$ 0,95/kWh, determine:

a) Consumo mensal de energia elétrica de cada sistema.

b) Custo mensal de operação.

c) Economia mensal obtida pelo sistema mais eficiente.

d) Economia anual.

Etapa 3 – Segunda Lei da Termodinâmica

Aplicando a segunda lei da termodinâmica, solicita-se:

a) Comparar o COP real obtido no ciclo de compressão de vapor com o COP de Carnot.

b) Determinar a eficiência de segunda lei.

​c) Explicar por que nenhum sistema real pode atingir o desempenho de Carnot.

d) Identificar as principais fontes de irreversibilidade.

Etapa 4 – Parecer Técnico

Com base nos resultados obtidos, elabore um parecer técnico simples recomendando qual sistema deve ser instalado na agroindústria. O parecer deve considerar o desempenho térmico, o consumo energético, a viabilidade econômica e as limitações práticas de implementação.

Possível fonte de dados: BORGNAKKE, C.; SONNTAG, R. E. Fundamentos da termodinâmica. 2. ed. São Paulo: Editora Blucher, 2018. E-book, p. 687. ISBN 9788521207931. Disponível em: https://app.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788521207931/.

Unicesumar – Termodinâmica