termodinâmica aplicada à agricultura - a9

Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag

Fundamentos da Termodinâmica

Tradução da 7ª Edição Americana

Capítulo 10 Irreversibilidade e Disponibilidade

Gerenciamento de Recusos Naturais

Potencial de uma Fonte em Produzir Trabalho

Usina Hidrelétrica de Itaipu

Usina Nuclear de Angra dos Reis

Potencial de uma Fonte em Produzir Trabalho

Ciclo de Carnot

Máxima conversãoReversível

ENERGIA DISPONÍVEL/TRABALHO REVERSÍVEL/IRREVERSIBILIDADE

1-A área total representa o calor Q;2-A parte abaixo de T0 não pode ser convertida;3-A área entre T e T0 é a energia disponível

Substituindo na primeira lei:

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ENERGIA DISPONÍVEL/TRABALHO REVERSÍVEL/IRREVERSIBILIDADE

Energia disponível do calor transferido

Processo Real

ENERGIA DISPONÍVEL/TRABALHO REVERSÍVEL/IRREVERSIBILIDADE

..

eevc mmdtdm

vcrealtotsstoteejvc WhmhmQdtdE ....

..

geradorealsseej

jvc ssmsmTQ

dtdS ...

.

..

ENERGIA DISPONÍVEL/TRABALHO REVERSÍVEL/IRREVERSIBILIDADE

Medida Quantitativa em termos de energia ou grau de irreversibilidade

Combinando as equações anteriores:

Assim a IRREVERSIBILIDADE PODE SER MEDIDA:

IRREVERSIBILIDADE

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A IRREVERSIBILIDADE é diretamente proporcional a GERAÇÃO DE ENTROPIA

IRREVERSIBILIDADE

Processos em Regime Permanente

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W=413,29 kJ/kg; i=62,0 kJ/kg

Exemplo 10.1

Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag

W=-263,3 kJ/kg; i= 32,8 kJ/kg

Exemplo 10.2

Análise de Processos em Sistemas

Processo Real (Irreversível)

Processo Ideal (Reversível)

Análise de Processos em Sistemas

W=0; I= 1645 kJ

Exemplo 10.3

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mNH3=220,87 kg; I=34885 kJ

Exemplo 10.4

Disponibilidade e Eficiência baseadas na Segunda Lei

O MÁXIMO TRABALHO possível é aquele onde o sistema tem a mudança de estado em um PROCESSO REVERSÍVEL até atingir o EQUILÍBRIO com o ambiente.

A DISPONIBILIDADE de um estado é definida como a capacidade para realizar o MÁXIMO TRABALHO possível.

Disponibilidade e Eficiência baseadas na Segunda Lei

Disponibilidade por unidade de massa

A taxa de variação de irreversibilidade pode também estar relacionada com a Disponibilidade

A irreversibilidade é a soma da variação das disponibilidades!!A disponibilidade pode ser encontrada em função do MÁXIMO TRABALHO REVERSÍVEL!!

A Disponibilidade é encontrada pela subtração do máximo trabalho (reversível) pelo trabalho realizado no meio.

Disponibilidade e Eficiência baseadas na Segunda Lei

A Disponibilidade para um sistema é definida como o máximo trabalho realizado sem que haja transferência de calor.

Portanto:

Quanto menor for a irreversibilidade associada, mais trabalho será realizado, portanto:

1-Os recursos naturais apresentam disponibilidade termodinâmica e podem ser encarados como reservatórios de disponibilidade;

2-Quanto menor a irreversibilidade, menor o custo econômico, pois trabalho “custa” dinheiro;

3-A OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS é essencial, pois quanto menor for a diferença de temperatura através do qual o calor é transferido, MENOR SERÁ A IRREVERSIBILIDADE!! E MAIOR SERÁ A DISPONBILIDADE!!

Disponibilidade e Eficiência baseadas na Segunda Lei

A eficiência em função da segunda lei é o trabalho real produzido pelo processo dividido pelo trabalho produzido em um processo hipotética de expansão isoentrópica, desde o estado de entrada até a mesma pressão de saída, assim:

A eficiência é o trabalho real produzido dividido pela diminuição da disponibilidade (avaliada no estado real de entrada e de saída).

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Fi1=1109,6 k]J/kg; Fi2=755,3 kJ/kg; Fi3=195,0 kJ/kg; efs=0,797; efseg=0,817

Exemplo 10.5

Disponibilidade e Eficiência baseadas na Segunda Lei

Quando não há interação trabalho associado ao processo, a eficiência é dada pela:

A eficiência baseada na segunda lei, pode ser representada por uma equação genérica, para qualquer processo (com ou sem trabalho interagindo):

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Efseg=0,459; I=902,3 kJ/kg

Exemplo 10.6

EXERGIA

EXERGIA é definida como o máximo trabalho disponível (DISPONIBILIDADE) em um dado estado .

O subscrito 0 é utilizado para o estado de referência, também conhecido como ESTADO MORTO. As propriedades no estado morto são constantes e a taxa de variação de Exergia é:

EXERGIACombinando as equações tem-se:

Agrupando os termos e nominando-os:

Onde ψ é a exergia específica:

EXERGIA

Em regime permanente a Exergia fica:

Portanto:1-O trabalho específico real é igual a diferença de trabalho reversível e a destruição de exergia;2-A destruição de exergia é provacada pela geração de entropia;3-As regiões aonde ocorre geração de entropia são aquelas aonde ocorre destruição de exergia;4-A destruição de exergia é IDENTICA a irreversibilidade.

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Efseg=0,67

Exemplo 10.7

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Sger=0,5 W/K

Exemplo 10.8