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Introdução ao estudo das máquinas 
térmicas
Apresentação
As máquinas térmicas compõem uma das subáreas da termodinâmica, na qual são tratados os 
processos ou ciclos de conversão de calor (energia térmica) em trabalho (energia mecânica). Para 
estudar esse assunto, é importante que você conheça a Segunda Lei da Termodinâmica, que diz 
que a transferência de energia térmica somente é possível se realizada de um corpo de temperatura 
maior para outro de temperatura menor. É impossível que todo o calor transferido de um corpo a 
outro seja convertido em energia mecânica na sua totalidade. Como exemplo de máquinas 
térmicas, é possível mencionar os motores de combustão interna (motores de carros, caminhões, 
aviões, etc.) e os de combustão externa, tais como as caldeiras.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você conhecerá as diferentes características que envolvem as 
máquinas térmicas, como se determina a eficiência térmica e quais são os ciclos ideais de máquinas 
térmicas.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Definir as características das máquinas térmicas.•
Determinar a eficiência térmica.•
Relacionar máquinas térmicas com os enunciados de Clausius e de Kelvin-Planck.•
Desafio
Em relação à construção de máquinas térmicas utilizadas na indústria ou no dia a dia, a Segunda Lei 
da Termodinâmica é a que tem mais aplicabilidade, pois determina diretamente o rendimento 
teórico das máquinas.
Com base nesses princípios, suponha que você trabalhe como engenheiro em uma indústria de 
celulose, e o seu supervisor tenha lhe informado sobre a diminuição da produção de energia 
elétrica de um dos geradores, especificamente o de uma caldeira que movimenta uma turbina.
O operário que mediu de forma indireta constatou que a eficiência térmica da caldeira era de 10%. 
O seu supervisor, então, lhe solicita um relatório sobre essa problemática e exige uma melhora da 
eficiência térmica da caldeira de 100%, para que seja possível, desse modo, aumentar a produção 
de energia elétrica.
Considerando o cenário apresentado, redija um laudo para o seu supervisor que explique a 
problemática apresentada e a possibilidade de aumento da eficiência da caldeira.
Infográfico
As máquinas térmicas respondem aos princípios da termodinâmica, portanto, segundo as definições 
de Clausius e de Kelvin-Planck, nenhum sistema terá uma eficiência de 100%. Sistemas de 
aquecimento por caldeiras, usinas térmicas e nucleares, motores de carros, motores a pistão e 
rotativos são considerados máquinas térmicas e respondem a esses princípios aqui mencionados.
Veja, a seguir, as principais características das máquinas térmicas.
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Conteúdo do livro
Uma máquina térmica transporta alguma sustância de trabalho por meio de um processo cíclico e 
contínuo. A modo de exemplo, considere uma máquina de vapor, em que a água seja a sustância de 
trabalho. No ciclo da água (fluido de trabalho), primeiramente, ela é convertida em vapor em uma 
caldeira. Em seguida, esse vapor expande um pistão. Posteriormente, o vapor é condensado e 
convertido em água líquida novamente, para, então, regressar à caldeira para que o processo inicie 
novamente. Desse modo, uma máquina térmica é um dispositivo que converte energia térmica em 
outras formas de energia, tais como energia elétrica e/ou mecânica. Assim, o estudo das máquinas 
térmicas é uma subárea da termodinâmica, na qual são abordados os ciclos de conversão de calor 
em trabalho.
No capítulo Introdução ao estudo das máquinas térmicas, da obra Máquinas primárias, você verá 
exemplificada a Segunda Lei da Termodinâmica (a transferência de energia térmica em forma 
natural ocorre de corpos de temperatura maior em direção a corpos de temperatura menor). Além 
disso, você poderá comprovar, na teoria, que é impossível que todo o calor transferido de um corpo 
a outro seja convertido em energia mecânica na sua totalidade.
Boa leitura.
MÁQUINAS 
PRIMÁRIAS
Anselmo Cukla
 
Introdução ao estudo 
das máquinas térmicas
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Definir as características das máquinas térmicas.
  Determinar a eficiência térmica.
  Relacionar máquinas térmicas e os enunciados de Clausius e de 
Kelvin-Planck.
Introdução
As máquinas térmicas são consideradas uma subárea da termodinâmica, 
na qual são tratados os processos ou ciclos de conversão de calor (energia 
térmica) em trabalho (energia mecânica). A segunda lei da termodinâmica 
estabelece que a energia térmica só pode ser transferida de um corpo 
de temperatura maior para um corpo de temperatura menor. O calor 
transferido de um corpo a outro nunca é convertido em energia mecânica 
na sua totalidade. Como exemplo de máquinas térmicas, podemos citar 
os motores de combustão interna, como os motores de carros, caminhões 
e aviões, e os motores de combustão externa, como as caldeiras.
Neste capítulo, você vai estudar as diferentes características das máqui-
nas térmicas e vai aprender como se determina a eficiência térmica. Você 
também vai identificar quais são os ciclos ideais das máquinas térmicas.
Características das máquinas térmicas
Diferentemente de outros tipos de máquinas, as máquinas térmicas utilizam 
o calor como fonte de energia primária para a obtenção de um trabalho 
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mecânico. Ou seja, é possível o aproveitamento do calor como trabalho útil. 
Por exemplo, quando você desloca uma caixa sobre uma superfície irregular, 
a caixa possui determinada massa. Durante o deslocamento, parte do esforço 
é utilizado para vencer o atrito, como você pode observar na Figura 1. Esse 
atrito faz com que parte da energia se perca em forma de calor, produzida 
pela fricção dos materiais. Agora, se você tentar realizar o processo inverso, 
não será possível; isto é, aquecendo-se a superfície, a caixa não se deslocará. 
Isso é o que torna tão especiais as máquinas térmicas e a sua relação com os 
princípios da termodinâmica, como afi rmam Çengel e Boles (2013) e Potter 
e Somerton (2017).
Figura 1. O trabalho pode ser convertido em calor de forma direta, 
mas nem sempre de forma inversa.
Fonte: Designua/Shutterstock.com.
As máquinas térmicas, amplamente utilizadas em meios industriais e de 
transporte, são dispositivos capazes de converter energia térmica em energia 
mecânica. É impossível imaginar a vida sem esses dispositivos, e a cada dia 
eles estão mais aprimorados (por exemplo, os veículos automotores, a turbina 
a vapor, entre outros), como afirma Teixeira (2018). Essas máquinas têm ca-
racterísticas particulares em relação às demais máquinas, mas comuns entre 
si. As características essenciais das máquinas térmicas são:
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  recebem calor de uma fonte de maior temperatura (combustão de lenha, 
reatores, fornalha, etc.);
  parte do calor recebido é convertido em trabalho útil, geralmente em 
forma de energia mecânica;
  o restante do calor que não foi convertido em energia mecânica é des-
perdiçado, isto é, absorvido por outro elemento de menor temperatura, 
como atmosfera, água, etc., conforme mostra a Figura 2;
  todas as máquinas térmicas trabalham em ciclo contínuo.
As máquinas térmicas frequentemente utilizam um material para trans-
portar a energia térmica, que normalmente é um fluido, chamado de fluido 
de trabalho (ÇENGEL; BOLES, 2013; BORGNAKKE; SONNTAG, 2013; 
POTTER; SOMERTON, 2017; YOUNG; FREEDMAN, 2008).
Figura 2. Em uma máquina térmica, uma parte do calor rece-
bido é convertido em trabalho útil e a outra é desperdiçada.
Fonte: Çengele Boles (2013, p. 280).
Segundo Çenguel e Boles (2013), o conceito de máquina térmica é usado 
para um grupo abrangente de sistemas mecânicos, que não necessariamente 
trabalham com ciclos termodinâmicos e contínuos. Exemplos disso são os 
3Introdução ao estudo das máquinas térmicas
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motores de veículos (ciclos Otto, diesel, entre outros) e as turbinas a gás que 
operam em usinas termoelétricas e até mesmo em aviões. Esses dispositivos 
operam em um ciclo mecânico, não termodinâmico.
Um dispositivo clássico e sempre exemplificado nas definições de máquina 
térmica é o sistema de caldeira, ou usina de potência a vapor, que é uma máquina 
de combustão externa, na qual a combustão e a absorção da energia calórica 
ocorrem fora da máquina. A Figura 3 mostra um esquema simplificado de um 
sistema de caldeira + turbina a vapor, que conformam uma usina a vapor.
Figura 3. Esquema simplificado de uma usina a vapor.
Fonte: Çengel e Boles (2013, p. 281).
Com base na Figura 3, Çengel e Boles (2013) definem as variáveis das 
máquinas térmicas, listadas a seguir:
  Qent: energia calórica fornecida ao vapor d’água da caldeira a partir de 
uma fonte à alta temperatura (fornalha);
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  Qsai: energia calórica perdida pelo vapor no condensador, transferida a 
corpos com temperatura inferior (por exemplo, atmosfera, rios, etc.);
  Wsai: trabalho mecânico realizado pelo vapor por meio da turbina;
  Went: quantidade de energia injetada na caldeira.
Com essas variáveis, é possível representar a lei de conservação de energia, 
que estabelece que a quantidade de trabalho ou energia que entra no sistema 
deve ser igual à quantidade de energia que sai da máquina térmica. Assim, 
o trabalho líquido da máquina é dado pela diferença entre essas quantidades 
de energia, de acordo com a equação (1).
O trabalho líquido pode ser obtido pelas mesmas grandezas, mas identifi-
cadas como a quantidade de energia calórica líquida absorvida pelo sistema, 
que é representada pela equação (2):
É importante observar que as máquinas térmicas atendem ao princípio da conservação 
de energia, e que o trabalho obtido (geralmente energia mecânica) nunca vai ser maior 
ou igual à quantidade de energia que entra no sistema térmico.
Eficiência térmica
Como foi apresentado na seção anterior, as máquinas térmicas são capazes 
de realizar trabalho a partir de calor, e o sentido da transferência de energia 
calórica se dá desde uma fonte quente até uma fonte fria. O princípio de fun-
cionamento dessas máquinas consiste em retirar calor de uma fonte quente e 
convertê-lo em trabalho útil. Assim, uma parte do calor é aproveitada mediante 
energia mecânica, e a outra parte é absorvida por uma fonte fria. Sabendo a 
quantidade de energia que foi utilizada e a que foi devolvida à atmosfera, é 
possível defi nir a efi ciência da máquina. 
5Introdução ao estudo das máquinas térmicas
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De acordo com os autores Potter e Somerton (2017), Young e Freedman 
(2008) e Çengel e Boles (2013), o sistema térmico tem maior eficiência quando 
transforma mais calor em trabalho e, portanto, desperdiça menor quantidade 
de energia térmica, que vai para a fonte fria.
Como mostra a equação (2), Qsai é a quantidade de energia que foi des-
perdiçada dentro do ciclo termodinâmico. Esse valor nunca será zero, e o 
trabalho útil e líquido nunca será igual à quantidade de energia injetada no 
sistema. Conforme Çengel e Boles (2013), a fração de calor convertida em 
trabalho útil em relação à energia fornecida à máquina térmica é denominada 
eficiência térmica, ηt.
Segundo esses mesmos autores, sempre se espera obter a maior quantidade 
de trabalho líquido possível dos sistemas térmicos em relação a uma deter-
minada quantidade de energia fornecida. Assim, a eficiência térmica de uma 
máquina é expressa de acordo com as equações (3) e (4).
Ou:
Juntando-se as equações 2 e 4, obtemos a seguinte expressão:
Quando se pretende obter maior eficiência de máquinas de ciclos contínuos 
que operam em duas temperaturas diferentes, como os refrigeradores e as 
bombas de calor, são definidos dois meios de temperatura: o meio de alta 
temperatura, ou TH, e o meio de baixa temperatura (também definido como 
reservatório de energia), ou TL. Dessa forma, é possível definir a energia 
calórica entrante (Qent) e a energia calórica saliente (Qsai):
  QH: quantidade de calor que é transferida da fonte de maior temperatura 
(TH) à máquina térmica;
  QL: quantidade de calor que é transferida da máquina térmica para a 
fonte de menor temperatura (TL).
Desse modo, o valor da quantidade de trabalho líquido, definido na equação 
2, e os valores de trabalho líquido e eficiência térmica, definidos nas equações 
4 e 5, podem ser reescritos da seguinte forma:
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A eficiência térmica é uma medida que relaciona a quantidade de trabalho 
mecânico útil obtido de uma máquina térmica à quantidade de energia que 
foi injetada no sistema em forma de calor. As máquinas térmicas são dese-
nhadas para aproveitar a energia térmica em trabalho. Assim, os engenheiros 
buscam constantemente novos métodos e formas de melhorar a eficiência das 
máquinas atuais, visando a obter melhor relação custo-benefício. Segundo 
Young e Freedman (2008), uma máquina térmica mais eficiente terá melhor 
aproveitamento dos recursos disponibilizados, maior quantidade de energia 
aproveitada e menor poluição do meio ambiente, produzida pelos gases e pela 
queima de combustíveis que são liberados na atmosfera.
Em geral, as máquinas térmicas apresentam baixo rendimento quando 
comparadas a outros tipos de sistemas. Por exemplo, um automóvel conven-
cional possui uma eficiência próxima aos 25%, o que significa que a cada 
litro de combustível, 750 ml são queimados e liberados na atmosfera em 
forma de gases e calor. Quando falamos de grandes turbinas de gás e usinas 
termoelétricas (UTEs), a eficiência desses sistemas pode chegar aos 60%. Isso 
significa que, para gerar energia elétrica a partir de UTEs, quase a metade da 
energia utilizada para gerar eletricidade acaba sendo liberada na atmosfera, 
nos rios, nos lagos, etc.
A Figura 4 apresenta um exemplo de eficiência de duas máquinas tér-
micas, a máquina 1, com eficiência de 20%, e a máquina 2, com eficiência 
de 30%, ambas alimentadas com 100 kJ de energia calórica. Veja que, em 
ambos os casos, a energia que não foi utilizada é de magnitude importante. 
Se consideramos sistemas ainda mais ineficientes, podemos dizer que es-
sas máquinas estão contribuindo para a poluição do nosso meio ambiente, 
como afirmam os autores Young e Freedman (2008) e Potter e Somerton 
(2017). Portanto, seja sempre consciente e utilize ao máximo o conceito de 
eficiência energética.
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Figura 4. Exemplificando o desempenho de duas máquinas 
térmicas.
Fonte: Çengel e Boles (2013, p. 280).
A Figura 5, elaborada por Çengel e Boles (2013), apresenta um ciclo ter-
modinâmico que relaciona os conceitos vistos até o momento, mediante três 
componentes principais:
  uma fonte de energia de maior temperatura (reservatório de alta tem-
peratura TH);
  uma máquina térmica de ciclo contínuo, que converte parte da energia 
calórica em trabalho (MT);
  um reservatório ou sumidouro de energia, que absorve a energia que 
não foi utilizada (reservatório de baixa temperatura TL).
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Figura 5. Fluxograma de uma máquina térmica.
Fonte: Çengel e Boles (2013, p. 282).
Como melhorar a eficiência demáquinas térmicas
A única forma de otimizar um sistema térmico é diminuir o desperdício de 
energia calórica (Qsai). Por exemplo, em usinas termoelétricas, o condensador 
é o dispositivo que dissipa grandes quantidades de calor na atmosfera ou nos 
rios. Pelo fato de o condensador ser um elemento indispensável no processo 
contínuo termodinâmico da máquina térmica, não é possível substituí-lo.
Seguindo o exemplo apresentado por Çengel e Boles (2013), suponha que 
uma máquina térmica, como a apresentada na Figura 6, seja utilizada para 
levantar pesos. Essa máquina está composta por um arranjo de pistão-cilindro 
com dois conjuntos de batentes; o fluido de trabalho é o gás do cilindro. Em um 
9Introdução ao estudo das máquinas térmicas
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primeiro momento, a temperatura do gás está a 30ºC. O pistão carregado com 
pesos repousa sobre os batentes inferiores. Logo em seguida são transferidos 
100 kJ de energia calórica para o gás do cilindro dentro do reservatório, a partir 
de uma fonte de 100ºC. Isso produz a expansão do gás e, como consequência, a 
elevação do cilindro até alcançar os batentes superiores. No segundo instante, 
a temperatura do gás alcança os 90ºC, e então é retirado o peso do cilindro.
Figura 6. O ciclo de uma máquina térmica necessariamente tem um desperdício de energia, 
que é transferida a um sumidouro de baixa temperatura.
Fonte: Çengel e Boles (2013, p. 283).
Aplicando-se a lei de conservação de energia, podemos dizer que o trabalho 
realizado para movimentar a carga foi igual à variação de energia potencial 
(15 kJ). Conforme Young e Freedman (2008), mesmo sob condições ideais, a 
quantidade de calor fornecida ao gás é maior que o trabalho realizado, pois 
parte do calor fornecido é usada para elevar a temperatura do gás.
Agora, considerando-se somente a energia utilizada para expandir o gás 
(85 kJ), é possível devolver essa energia para a fonte? A resposta é não. Isso 
se deve ao fato de a temperatura do reservatório utilizado ser maior que os 
90ºC do gás do pistão; lembrando que o calor somente flui de uma fonte 
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quente a uma mais fria. Assim, para resfriar esse gás aos 30ºC originais, você 
deve utilizar uma fonte de menor temperatura. Por exemplo, nesse caso, uma 
fonte de 20ºC. Assim, o gás devolverá os 85 kJ utilizados da primeira fonte, 
tal como apresentado na Figura 6. Essa energia não é utilizada e é chamada 
de energia indisponível.
Çengel e Boles (2013) concluem que toda máquina térmica deve rejeitar 
alguma quantidade de energia, que é transferida para uma fonte de menor 
temperatura, para completar o ciclo sob condições ideais. Ainda segundo esses 
autores e Borgnakke e Sonntag (2013), o fato de que uma máquina térmica 
deve trocar energia térmica com dois reservatórios diferentes para trabalhar 
de forma contínua é a base dos enunciados da segunda lei da termodinâmica 
de Clausius e Kelvin-Plank, que serão abordados a seguir.
Um método utilizado hoje em dia para aumentar a eficiência em máquinas térmicas, 
como turbinas a gás utilizadas em UTEs, são os chamados ciclos regenerativos e 
combinados, que têm como objetivo reutilizar parte do calor dos gases de saída para 
aquecer o ar de entrada do sistema térmico. Veja mais sobre o assunto no Capítulo 10 
de Termodinâmica, de Çengel e Boles (2013).
Máquinas térmicas e os enunciados de Clausius 
e de Kelvin-Planck
Como vimos, para que o ciclo termodinâmico de uma máquina seja contínuo, 
mesmo em condições ideais, a máquina térmica desperdiçará uma fração de 
energia calórica. Ou seja, não existe máquina térmica com efi ciência de 100%. 
Esse fenômeno, conforme Çengel e Boles (2013) e Borgnakke e Sonntag (2013), 
serve como fundamento para o enunciado de Kelvin-Planck da segunda lei 
da termodinâmica, apresentado a seguir:
Enunciado de Kelvin-Planck. É impossível construir um dispositivo que 
opere em ciclo termodinâmico e que não produza outros efeitos além do 
levantamento de um peso e da troca de calor com um único reservatório 
térmico (Figura 7).
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Figura 7. Máquina térmica que não cumpre com o 
princípio de Kelvin-Planck.
Fonte: Çengel e Boles (2013, p. 285).
Segundo Borgnakke e Sonntag (2013), esse enunciado está vinculado à 
discussão sobre a eficiência dos motores térmicos e estabelece ser impossível 
construir um motor térmico que opere com rendimento de 100%. Ou seja, 
conforme o enunciado, é impossível que uma máquina térmica receba uma 
determinada quantidade de calor de um corpo à alta temperatura e produza 
igual quantidade de trabalho. Ainda segundo Borgnakke e Sonntag (2013), a 
única alternativa é transferir certa quantidade de calor do fluido de trabalho 
à baixa temperatura para um corpo à temperatura inferior. Isso significa 
que um ciclo só pode produzir trabalho se estiverem envolvidos dois níveis 
de temperatura e o calor for transferido do corpo à alta temperatura para a 
máquina térmica, e também dessa máquina térmica para o corpo à baixa 
temperatura. Ou seja, não é possível a construção de uma máquina térmica 
cuja eficiência seja igual a 100%.
Observe que a inexistência de uma máquina térmica cuja eficiência seja 
igual à unidade não se deve ao fato de existir atritos, superfícies e acabamentos 
imperfeitos, folgas ou outros efeitos dessa natureza. Trata-se de uma limitação 
intrínseca mesmo às máquinas térmicas ideais e, principalmente, às reais que 
utilizamos no nosso dia a dia.
A segunda lei da termodinâmica também pode ser abordada segundo o 
enunciado de Clausius. Esse enunciado trata mais especificamente de aplicações 
que envolvem refrigeração e bombas de calor.
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Enunciado de Clausius. É impossível construir um dispositivo que opere em 
um ciclo e que não produza outro efeito além da troca de calor de um corpo 
à baixa temperatura para um corpo à alta temperatura.
Dessa forma, conforme o enunciado, não pode ser transferida energia térmica 
de uma fonte de menor temperatura para uma fonte de maior temperatura, a não 
ser que seja utilizado um trabalho externo líquido para essa finalidade. Podemos 
afirmar que é exatamente isso o que faz um ar-condicionado doméstico. Conforme 
explicam Çengel e Boles (2013) e Borgnakke e Sonntag (2013), adaptando-se o 
enunciado ao funcionamento de um aparelho de ar-condicionado, estabelece-se 
que o ar-condicionado não pode funcionar a menos que o seu compressor seja 
acionado por uma fonte externa de energia (trabalho líquido fornecido por um motor 
elétrico), tal como apresentado no exemplo da Figura 8. Com base no enunciado 
de Clausius, o efeito de transferir calor de uma fonte mais fria para um corpo mais 
quente requereria o consumo de algum tipo de energia disponível no ambiente. 
Portanto, um ar-condicionado, ou mesmo um refrigerador, são evidências físicas 
que comprovam o enunciado de Clausius da segunda lei da termodinâmica.
Figura 8. Exemplo de um ar-condicionado 
cujo funcionamento comprova o enunciado de 
Clausius sobre a segunda lei da termodinâmica.
Fonte: Çengel e Boles (2013, p. 291).
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Com base nos princípios apresentados, podemos realizar algumas observa-
ções, embora seja impossível provar que um enunciado é negativo. Conforme 
Borgnakke e Sonntag (2013), a segunda lei da termodinâmica está evidenciada 
empiricamente, isto é, experimentos realizados já demonstraram essa lei. 
Sendo assim, a segunda lei da termodinâmica é experimental.
Pode-se verificar que os enunciados de Clausius e de Kelvin-Planck são 
equivalentes, tendo em vista que dois enunciados sãoequivalentes se a 
verdade de um implicar a verdade do outro, ou se a violação de um implicar 
a violação do outro, e vice-versa. A demonstração de que a violação do 
enunciado de Clausius implica a violação do enunciado de Kelvin-Planck 
é feita a seguir.
A combinação de um refrigerador + máquina térmica, apresentada na 
Figura 9a, opera entre dois reservatórios. Admite-se que a máquina térmica, 
contrariando o enunciado de Kelvin-Planck, tem uma eficiência térmica de 
100% e, portanto, converte todo o calor recebido QH em trabalho W. Esse 
trabalho é então fornecido a um refrigerador, que remove uma quantidade 
de calor QL do reservatório à baixa temperatura e entrega uma quantidade de 
calor QH + QL para o reservatório à alta temperatura. Durante esse processo, 
o reservatório recebe uma quantidade de calor líquida QL (na Figura 9a, é a 
diferença entre QL + QH e QH). Portanto, a combinação desses dispositivos 
configura um ar-condicionado ou mesmo um refrigerador (Figura 9b), que 
transfere uma quantidade QL de calor de um corpo mais frio para um corpo 
mais quente, sem interação com o meio externo.
Dessa forma, mediante o exemplo da Figura 9, fica clara a violação 
do enunciado de Clausius, o que também implica em uma clara violação 
do princípio de Kelvin-Planck. Portanto, como afirmam Çengel e Boles 
(2013) e Young e Freedman (2008), fica demonstrado que os enunciados de 
Clausius e de Kelvin-Planck são expressões equivalentes da segunda lei da 
termodinâmica.
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Figura 9. Prova de que a violação do princípio de Clausius leva à violação do enunciado 
de Kelvin-Planck.
Fonte: Çengel e Boles (2013, p. 291).
1. A eficiência do motor de um 
automóvel é igual a 30%. Se o 
combustível que consome possui 
uma energia de 35.000 KJ/kg, 
qual é a quantidade de energia 
mecânica (trabalho útil) que o motor 
transforma com 1kg de combustível?
a) 10.000 KJ.
b) 10,5 MJ.
c) 10.100 W.
d) 10.500 J.
e) 10.500 KJ.
2. Um sistema de caldeira + turbina 
de uso industrial consome um 
material combustível de 1.000 KJ/
ton. A caldeira foi abastecida com 15 
toneladas de material combustível, e 
perdeu-se na atmosfera 7.000 KJ de 
energia térmica. Qual foi a energia 
ou o trabalho líquido obtido com 
essa quantidade de combustível?
a) 8 MJ.
b) 8.000.000 J.
c) 7.000 KJ.
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BORGNAKKE, C.; SONNTAG, R. E. Fundamentos da termodinâmica. São Paulo: Blucher, 
2013. 
Ç ENGEL, Y. A.; BOLES, M. A. Termodinâmica. 7. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.
POTTER, M. C.; SOMERTON, C. W. Termodinâmica para engenheiros. 3. ed. Porto Alegre: 
Bookman, 2017. 
TEIXEIRA, M. M. História das maquinas térmicas. Brasil Escola, 2018. Disponível em: 
<https://brasilescola.uol.com.br/fisica/historia-das-maquinas-termicas.htm>. Acesso 
em: 13 jun. 2018.
YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Física II: termodinâmica e ondas. 12. ed. São Paulo: 
Pearson, 2008.
Leitura recomendada
STROBEL, C. Termodinâmica técnica. Curitiba: Intersaberes, 2016.
d) 7.500.000 J.
e) 8.500 KJ.
3. Um sistema de caldeira + 
turbina industrial consome um 
material combustível de 1.000 
KJ/ton e foi alimentado com 15 
toneladas de material combustível; 
perdeu-se na atmosfera 7.000 
KJ de energia térmica. Qual é o 
rendimento dessa caldeira?
a) 48%.
b) 0,33.
c) 50%.
d) 90%.
e) 53%.
4. O calor transferido de uma 
fornalha a uma máquina térmica 
é de 80 KJ. Se a máquina obteve 
uma potência mecânica de 1 KW 
durante 50 segundos, qual é o 
rendimento dessa máquina térmica?
a) 0,625.
b) 53%.
c) 0,55.
d) 80%.
e) 50%.
5. Um motor de carro consome um 
combustível que possui 30.000 KJ/
kg, se o motor possui uma potência 
de 120 HP e um rendimento 
de 30%. Por quanto tempo o 
motor vai estar funcionando a 
plena carga se for alimentado 
com 5 kg desse combustível?
a) 5 minutos.
b) 8,4 minutos.
c) 1 hora.
d) 25 minutos.
e) 45 minutos.
Introdução ao estudo das máquinas térmicas16
C01_Introducao_estudo_maquinas_termicas.indd 16 12/07/2018 14:00:00
Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para 
esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual 
da Instituição, você encontra a obra na íntegra.
Conteúdo:
Dica do professor
De acordo com os princípios da termodinâmica, o calor não pode fluir espontaneamente de um 
objeto frio a outro de maior temperatura. Portanto, o enunciado de Clausius determinou como 
deve ser o sentido do fluxo de calor entre dois corpos a diferentes temperaturas. O calor somente 
flui de um corpo frio para um quente se houver uma fonte externa de trabalho.
Por outra parte, as máquinas térmicas convertem somente uma pequena fração da energia térmica 
absorvida em trabalho mecânico. Baseada nesse fato, a definição de Kelvin-Planck da Segunda Lei 
da Termodinâmica define que é impossível construir uma máquina térmica que opere em ciclo 
contínuo e que seja capaz de absorver toda a energia térmica e convertê-la em trabalho.
A seguir, a dica do professor exemplifica os conceitos teóricos da Segunda Lei da Termodinâmica, 
assim como os enunciados de Kelvin-Planck e Clausius. 
Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar.
https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/ab8049280369a044fb4e137c42714998
Exercícios
1) A eficiência do motor de um automóvel é igual a 30%. Se o combustível que consome tem 
uma energia de 35.000 KJ/kg, qual é a quantidade de energia mecânica (trabalho útil) que o 
motor transforma com 1kg de combustível?
A) 10.000 KJ
B) 10,5 MJ
C) 10.100 W
D) 10.500 J
E) 10.500 KJ
2) Um sistema de caldeira + turbina de uso industrial consome um material combustível de 
1.000 KJ/ton. A caldeira foi abastecida com 15 toneladas de material combustível, e 7.000 
KJ de energia térmica perderam-se na atmosfera. Qual foi a energia ou o trabalho líquido 
obtidos com essa quantidade de combustível?
A) 8.000 MJ
B) 8.000.000 J
C) 7.000 KJ
D) 7.500.000 J
E) 8.500 KJ
3) A partir do sistema de caldeira + turbina industrial, que consome um material combustível de 
1.000 KJ/ton e foi alimentada com 15 toneladas de material combustível, e 7000 KJ de 
energia térmica perderam-se na atmosfera, determine o rendimento dessa caldeira.
A) 48%
B) 0,33
C) 50%
D) 90%
E) 53%
4) O calor transferido de uma fornalha a uma máquina térmica é de 80 KJ. Se a máquina obteve 
uma potência mecânica de 1 KW durante 50 segundos, qual é o rendimento dessa máquina 
térmica?
A) 0,625
B) 53%
C) 0,55
D) 80%
E) 50%
5) Um motor de carro consome um combustível que tem 30.000 kJ/kg. Se o motor tem uma 
potência de 120 HP e um rendimento de 30%, em quanto tempo o motor estará 
funcionando à plena carga, se é alimentado com 5kg de combustível?
A) 5 minutos
B) 8,4 minutos
C) 1 hora
D) 25 minutos
E) 45 minutos
Na prática
Em sistemas industriais, equipamentos e máquinas térmicas, sempre é de muita importância 
conhecer qual é o rendimento ou a eficiência nos quais se está trabalhando. Essa informação é um 
parâmetro indicativo sobre o seu aproveitamento energético, que, em definitiva, são indicativos de 
custos econômicos e definem quanto está sendo aproveitado, efetivamente, para a realização de 
um trabalho.
Veja um exemplo a seguir.
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https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/32f236c3-fa75-47eb-98e0-3dca3319fa0f/60b66a48-8000-41bc-8204-96384556b388.png
Saiba +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor:
Máquinas Térmicas - Termodinâmica
Confira, no vídeo a seguir, como ocorre a transferência de energias em máquinas térmicas.
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Introdução à Segunda Lei da Termodinâmica| Física | 
Descomplica
No vídeo a seguir, você verá a Segunda Lei da Termodinâmica de forma descomplicada.
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Termodinâmica para engenheiros
Este livro apresenta os princícios da termodinâmica aplicada à engenharia.
Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!
Eficiência energética na indústria
Neste artigo, você conhecerá um pouco sobre eficiência energética na indústria, aplicando a 
Segunda Lei da Termodinâmica.
https://www.youtube.com/embed/6o5eMbg_9mQ
https://www.youtube.com/embed/Hs0WmivIVRU
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https://www.voltimum.pt/sites/www.voltimum.pt/files/pdflibrary/pag._32-38.pdf