Ciclos térmicos: entalpia, balanço de energia e COP

Por que trabalhar com entalpia

Em equipamentos com escoamento, a entalpia específica h reúne energia interna e trabalho de fluxo. Em regime permanente, desprezando variações de energia cinética e potencial, o balanço de um componente com uma entrada e uma saída pode ser escrito q − w = h_saída − h_entrada, usando calor que entra e trabalho que sai como positivos.

Em um compressor adiabático, o trabalho de entrada por massa é h₂ − h₁. Em uma válvula adiabática sem trabalho e com as mesmas simplificações, h₄ = h₃. Temperatura constante não é uma consequência geral do estrangulamento.

Exemplo: balanço de um refrigerador

Considere valores ilustrativos de entalpia, em kJ/kg: h₁ = 400 na entrada do compressor, h₂ = 440 na saída, h₃ = 250 na saída do condensador e h₄ = 250 após a válvula. Eles servem para conferir o balanço; não são uma consulta de propriedades de um fluido e pressões específicos.

Conta de conferência · por kg de fluido

q_L = h₁ − h₄ = 150 kJ/kg

w_in = h₂ − h₁ = 40 kJ/kg

q_H = h₂ − h₃ = 190 kJ/kg = q_L + w_in

COP_R = q_L/w_in = 3,75

Com vazão de 0,02 kg/s: capacidade frigorífica de 3,0 kW, potência do compressor de 0,8 kW e rejeição de calor de 3,8 kW.

Refrigeração e ciclos de potência

O refrigerador consome trabalho para retirar calor de uma região fria. Seu COP pode ser maior que 1: ele compara calor transportado com trabalho consumido. Um ciclo de potência, como Rankine, fornece trabalho líquido. Para ele, o rendimento térmico é η = w_líquido/q_entrada. COP e rendimento não são a mesma grandeza.

Para um Rankine simples, procure o trabalho de turbina, desconte o trabalho da bomba e divida pelo calor recebido na caldeira. Defina a numeração dos estados antes de usar as diferenças de entalpia.

Explore no Entalpia

Abra um exemplo de refrigeração ou potência e identifique os componentes e o fluido.
Na tabela de estados, acompanhe pressão, temperatura, entalpia e fase.
Compare o percurso nos diagramas T-s e P-h com o balanço de cada componente.
Altere uma condição e observe a mudança de COP ou rendimento, respeitando a faixa disponível de propriedades.

Fronteiras e hipóteses

Em um sistema com correntes abertas, o balanço global inclui a energia transportada por essas correntes. Portanto, ΣQ − ΣW isoladamente não precisa ser zero. Confira também as unidades: kJ/kg é energia específica, enquanto kW é potência. Interpolação de tabelas, irreversibilidades, perdas de carga e troca de calor externa podem limitar a aproximação didática.

Referências para continuar

Material de apoio aos conceitos. Os exemplos numéricos deste guia foram elaborados para conferência didática; não são medições nem reprodução dos exemplos dessas fontes.

Autoria editorial: Claudio Alexandre / InteraEnge · Publicado em 1º de novembro de 2026. Ferramentas didáticas: não substituem projeto, cálculo normativo ou laudo técnico.