Análise de Exergia do Refrigerante R134a em Reservatório Isolado

UFSJ ANÁLISE DE EXERGIA Exemplo 2 Exergia Um reservatório rígido e isolado contém R134a inicialmente como vapor saturado a 28 oC O reservatório está equipado com uma hélice conectada a uma polia na qual uma massa está suspensa Conforme a massa desce uma certa distância o refrigerante é agitado até que chegue a um estado em que a pressão é 14 bar As únicas mudanças de estado relevantes são aquelas da massa suspensa e do refrigerante A massa do refrigerante é 111 kg Determine aAs exergias inicial e final e a variação de exergia do refrigerante todas em kJ bA variação de exergia da massa suspensa cA variação de exergia do sistema isolado composto pelo conjunto reservatório e poliamassa em kJ Admita que To 293 K 20 oC e po 1 bar Diagrama Refrigerant 134a mR 111 kg Initially saturated vapor at 28C p2 14 bar T0 293 K p0 1 bar Hipóteses 1 3 sistemas em análise refrigerante massa suspensa e sistema isolado e para o sistema isolado Q 0 W 0 2 As únicas variações de estado relevantes são sofridas pelo refrigerante e pela massa suspensa Para o refrigerante não existe variação de energia cinética e potencial Para a massa suspensa não existe variação de energia cinética e interna 3 Para o ambiente To 293 K 20 oC e po 1 bar a Exergias inicial final e a variação pela hipótese 2 a equação para o estado 1 é Os estados final e inicial do refrigerante são mostrados no diagrama Tv Pela Tab Prop do R134a Saturado Líq Vap Pela Tab Prop do vapor de refrigerante R134a Superaquecido para 1 bar 20 C Logo O estado final do R134a é E interpolando na Tab de Vapor Superaquecido Temos Após agitação b Pela hipótese 2 Logo por balanço de energia de um sistema isolado c A variação de exergia do sistema isolado é a soma das variações de exergia do R134a e da massa suspensa Resumindo A agitação do R134a destrói a exergia BALANÇO DE EXERGIA PARA SISTEMA FECHADO Developing the Exergy Balance The exergy balance for a closed system is developed by combining the closed system energy and entropy balances The forms of the energy and entropy balances used are respectively ΔU ΔKE ΔPE 2 1 δQ W ΔS 2 1 δQ T b σ where W and Q represent respectively work and heat transfer between the system and its surroundings In the entropy balance Tb denotes the temperature on the system boundary where δQ occurs The term σ accounts for entropy produced within the system by internal irreversibilities As the first step in deriving the exergy balance multiply the entropy balance by the temperature T0 and subtract the resulting expression from the energy balance to obtain ΔU ΔKE ΔPE T0 ΔS 2 1 δQ T0 2 1 δQ T b W T0 σ Collecting the terms involving δQ on the right side and introducing Eq 73 on the left side we get E2 E1 U2 U1 ρ0V2 V1 T0 S2 S1 KE2 KE1 PE2 PE1 73 On rearrangement this expression gives Eq 74a the closed system exergy balance Since Eq 74a is obtained by deduction from the energy and entropy balances it is not an independent result but can be used in place of the entropy balance as an expression of the second law Variação de exergia 2 2 0 2 1 1 2 0 2 1 0 1 1 E E 1 b T Q W p V V T T Transferência de exergia por calor Transferência de exergia por trabalho Destruição de exergia irreversibilidades 2 1 E E E E E q W d 0 0 0 A variação de exergia entre estados pode ser nula positiva e negativa 0 Ed T 0 0 üDestruição de Exergia Sem irreversibilidades processo reversível Com irreversibilidades processo irreversível Tome cuidado com os sinais positivo e negativo geração de entropia devido a irreversibilidade é sempre positivo e indica os caminhos possíveis do processso üDiscussão Entropia é gerada irreversibilidade Exergia é perdida irreversibilidade Supor transferência de calor através de uma chapa metálica em regime permanente Energia se conserva BIBLIOGRAFIA ÇENGEL YA BOLES MA Termodinâmica 7ed São Paulo McGraw Hill 2013 MORAN M J SHAPIRO H N BOETTNER DD BAILEY MB Princípios de Termodinâmica para Engenharia 7ed Rio de Janeiro LTC 2014