Termodinamica-Analise-de-Exergia-UTFPR-Revisao

EM35C TERMODINÂMICA B VIII Análise de Exergia Rubens Gallo Universidade Tecnológica Federal do Paraná Cornélio Procópio Engenharia Mecânica 13 de agosto de 2025 Revisão de Termodinâmica 1 Primeira Lei da Termodinâmica Sistemas Fechado dEdtsistema Q W Revisão de Termodinâmica 1 Propriedades Termodinâmicas Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 3 81 Revisão de Termodinâmica 1 Propriedades termodinâmicas Volume Específico Região de líquido comprimido ou gás superaque cido v m Região de saturação líquido gás v vℓ x vg vℓ Energia Interna Específica u uℓ x ug uℓ Entalpia Específica h u pv h hℓ x hg hℓ Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 4 81 Revisão de Termodinâmica 1 Propriedades Termodinâmicas cv uT v uTv cp hT p hTp Fluido Incompressível du cT dT u2 u1 12 cT dT dh du dpv h2 h1 12 cT dT v p2 p1 Revisão de Termodinâmica 1 Propriedades Termodinâmicas Gás Ideal pv RT u uT h hT uT RT Entropia Fluido Incompressível s2 s1 T1T2 cTT dT sT2v2 sT1v1 T1 to T2 cvT dTT R lnv2v1 sT2p2 sT1p1 T1 to T2 cpT dTT R lnp2p1 sT2p2 sT1p1 sT2 sT1 R lnp2p1 Revisão de Termodinâmica 1 Primeira Lei da Termodinâmica Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 8 81 dĖdtVC ṖQVC ṖWVC Σe ṁe h V²2 gze Σs ṁs h V²2 gzs Revisão de Termodinâmica 1 Segunda Lei da Termodinâmica Enunciado de KelvnPlanck Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 10 81 Revisão de Termodinâmica 1 Segunda Lei da Termodinâmica Enunciado de Clasius Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 11 81 Sistemas Fechado S2 S1 1 to 2 δQTb Sger Volume de Controle dSdtVC Σj ṖQjTJ Σe ṁe se Σs ṁs ss ṖSgerVC Exergia Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 13 81 Exergia Sistema Isolado não permite a transferência de energia através de sua fronteira Figura a mostra um sistema fechado constituído inicialmente de um reservatório de combustível cercado por uma porção de ar a uma temperatura inicial Ti Figura b combustível sendo consumido e uma mistura aquecida de ar e produtos da combustão Figura c todo o combustível foi queimado restando no final do processo uma mistura de ar com produtos da combustão ligeiramente aquecidos Ti dT Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 14 81 Exergia Como o sistema é isolado a primeira lei da Termodinâmica é valida em qualquer situação Porém a combinação inicial é essencialmente mais útil do que a mistura final O combustível podeira ser usado em algum dispositivo para gerar eletricidade ou vapor superaque cido enquanto os usos associados à mistura final levemente aquecida são de longe mais limitados O sistema inicial tem um potencial de uso maior do que o final O potencial de gerar trabalho que o sistema possuía foi destruído pelo aquecimento do ar Ele é destruído por causa da natureza irreversível do processo Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 15 81 Exergia CARACTERÍSTICA ESTADO INICIAL A ESTADO FINAL C Combustível Disponível para queimar Consumido Temperatura Ar a Ti Mistura aquecida a Ti dT Potencial de uso Alto Baixa Valor econômico Elevado Reduzido Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 16 81 Exergia Conclusão a A figura mostra que embora a energia total seja conservada em um sistema isolado o potencial de uso dessa energia diminui significativamente ao longo do processo b A irreversibilidade do processo de queima leva à destruição do potencial inicial tornando o sistema menos útil no estado final c Isso ilustra o conceito de degradação de energia onde a energia se torna menos acessível para fins práticos após processos irreversíveis Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 17 81 Leis da Termodinâmica Primeira Lei da Termodinâmica princípio da conservação da energia a energia não pode ser criada nem destruída Serve como ferramenta para contabilizar a energia durante um pro cesso Segunda Lei da Termodinâmica estabelece condições para ocorrer as transformações de energia Diz respeito a degrada ção da energia geração de entropia Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 18 81 Exergia Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 19 81 Exergia Exergia é a propriedade que quantifica o potencial de uso Enquanto que a energia é conservativa a exergia não é conservada e sim destruída por meio das irreversibilidades Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 20 81 Definição de Exergia A partir de qual desses dois sistemas é possível gerara maior quantidade de trabalho Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 21 81 Definição de Exergia Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 22 81 Definição de Exergia Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 23 81 Definição de Exergia CONCLUSÃO a capacidade de geração de trabalho mecânico é uma propriedade COMBINADA estadoambiente Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 24 81 Exergia Exergia é a propriedade que quantifica o potencial de uso Em um processo ao contrário da Energia a Exergia não é conservada e sim destruída por meio de irreversibilidades Existe um potencial para o desenvolvimento de trabalho sempre que dois sistemas em diferentes estados são postos em contato Podese desenvolver trabalho quando se permite que dois sistema atinjam o equilíbrio Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 25 81 Definindo Exergia Transferência de Calor Espontânea Sistema Global Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 26 81 Definição de Exergia Exergia é o valor teórico máximo desse trabalho Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 27 81 Ambiente e Estado Morto Ambiente Sistema compressível simples grande em extensão e uniforme em temperatura T0 25 e pressão p0 101 32 kPa Estado Morto é quando o sistema está nas mesmas condições do ambiente T0 25 e pressão p0 101 32 kPa Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 28 81 Definição de Exergia Exergia máximo trabalho teórico possível de ser obtido a partir de um sistema global composto por um sistema e o ambiente conforme este entra em equilíbrio com o ambiente atinge o estado morto O trabalho máximo teórico pode ser atingido quando não houver irreversibilidades A exergia é uma propriedade da combinação sistemaambiente Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 29 81 Definição de Exergia Potencial de trabalho util é a máxima quanti dade de energia mecânica útil que se poderia obter de um sistema o restante sendo inevitavelmente perdido devido às implicações da Segunda Lei da Termodinâmica J Willard Gibbs Exergia também é conhecida como Energia disponível Energia exergética Disponibilidade Trabalho reversível Etc Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 30 81 Avaliando a Exergia de um Sistema Balanço de energia ΔEc Qc Wc a Onde Wc representa o trabalho desenvolvido pelo sistema global e ΔEc é a variação da energia do sistema global a soma das variações de energia do sistema e do ambiente A energia do sistema inicialmente é denotada por E o que inclui as energias cinética potencial e interna do sistema A energia do sistema no estado morto é simplesmente a sua energia interna U0 ΔEc ΔUsist ΔUamb U0 E ΔUamb b Avaliando a Exergia de um Sistema Combinando essas duas últimas equações temos S0 S Samb Sgerc f Eliminando Samb das Eqs e e f resulta em Wc E U0 P0 0 T0 S S0 T0Sgerc g Lembrando que E U EC EP a Eq g tornase Wc U U0 P0 0 T0 S S0 EC EP T0Sgerc O termo sublinhado é determinado pelos dois estados finais do sistema o estado dado e o estado morto e é independente dos detalhes do processo que liga esses estados O último termo depende da natureza do processo à medida que o sistema evolui para o estado morto Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 33 81 Avaliando a Exergia de um Sistema Da Equação TdS dU Pd podemos escrever para o ambiente ΔUamb T0 ΔSamb P0 Δamb c Substituindo a Eq c na Eq b temos ΔEc U0 E T0 ΔSamb P0 Δamb d Substituindo a Eq d na Eq a e resolvendo para Wc chegamos a Wc E U0 T0 ΔSamb P0 Δamb O volume total é constante portanto Δamb 0 Com essa substituição a expressão anterior do trabalho tornase Wc E U0 P0 0 T0 ΔSamb e Balanço de Entropia ΔSc δQc T Sgerc ΔSc Sgerc O termo Sc leva em conta a produção de entropia devido às irreversibilidades à medida que o sistema entra em equilíbrio com o ambiente ΔSc S0 S ΔSamb Exergia de um Sistema em um Estado Especificado A exergia é considerada uma propriedade do sistema se o ambiente for especificado Não é conservada Pode ser destruída irreversibilidades Propriedade extensiva E J E U U0 P0 0 T0 S S0 EC EP Propriedade intensiva e J kg e u u0 P0 v v0 T0 s s0 V2 2 gz Exemplo 71 Avaliando a Exergia de Gás de Combustão 1 Um cilindro de um motor de combustão interna contém 2450 cm 3 de produtos gasosos de com bustão a uma pressão de 7 bar e a uma tempe ratura de 867 pouco antes da abertura da válvula de descarga Determine a exergia específica do gás Ignore os efeitos de movimento e gravi dade e modele os produtos da combustão como o ar na situação de gás ideal Admita T0 300 K e P0 1 013 bar Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 35 81 Variação de Exergia Estado Inicial E1 U1 U0 P0 1 0 T0 S1 S0 EC1 EP1 Estado Final E1 U2 U0 P0 2 0 T0 S2 S0 EC2 EP2 Variação de Exergia E2 E1 U2 U1 P0 2 1 T0 S2 S1 EC2 EC1 EP2 EP1 Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 36 81 Balanço de Exergia para Sistemas Fechados Assim como a energia a exergia pode ser transferida através da fronteira de um sistema fechado A variação de exergia de um sistema durante um processo não é necessariamente igual à exergia líquida transferida porque a exergia pode ser destruída se estiverem presentes irreversibilidade no sistema durante o processo E2 E1 12 1 T0Tb δQ W P02 1 T0 Sger Variação de exergia Transferência de exergia Destruição de exergia Balanço de Exergia para Sistemas Fechados Exergia por Transferência de Calor MOTOR TÉRMICO W Eficiência de Carnot ηc 1 T0T representa a fração de energia transf eria de uma fonte de energia transferida de ma fonte de calor a temperatura T que pode ser convertida em trabalho em um ambiente que está a uma temperatura T0 Eq 12 1 T0T δQ Balanço de Exergia para Sistemas Fechados Exergia por Transferência de Trabalho δW Pd δW P P0 d P0d δW δWútil P0d δWútil P0 2 1 Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 39 81 Balanço de Energia para Sistemas Fechados Transferência de exergia associada à transferência de calor Eq Transferência de exergia associada ao calor 12 1 T0Tb δQ Transferência de exergia associada ao trabalho EW Transferência de exergia associada ao trabalho W P02 1 Destruição de exergia Ed T0 Sger Balanço de Exergia para Sistemas Fechados Princípio da Diminuição da Exergia e a Destruição da Exergia 1ª Lei da Termodinâmica conservação da energia 2ª Lei da Termodinâmica aumento ou geração de entropia A entropia pode ser gerada mais não destruída Então Sger 0 para processos reais e Sger 0 para processos reversíveis Enunciado alternativo da 2 Lei da Termodinâmica princípio da diminuição da exergia que é equivalente ao princípio do aumento de entropia Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 41 81 Balanço da Taxa de Exergia para Sistemas Fechados dEdt Σⱼ 1 T₀Tⱼ qⱼ Ẇ P₀ ddt T₀ Ṡₛgₑᵣ W Balanço de Exergia para Sistemas Fechados O valor da destruição de exergia não pode ser negativo Além disso a destruição de exergia não é uma propriedade Por outro lado a exergia é uma propriedade e assim como outras propriedades a variação de exergia de um sistema pode ser positiva negativa ou nula A exergia destruída representa o potencial de trabalho perdido ou também chamado de irreversibili dade E2 E1 0 0 0 Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 43 81 Balanço de Exergia para Sistemas Fechados Na aplicação do balanço de exergia é essencial observar os requisitos impostos pela segunda lei na destruição de exergia de acordo com a segunda lei a destruição de exergia é positiva quando há irreversibilidades presentes no interior do sistema durante o processo e desaparecem no caso limite em que não há irreversibilidades Ou seja Ed 0 irreversibilidades presente no sistema 0 ausência de irreversibilidades no sistema Exemplo 72 Análise da Variação da Transferência e da Destruição de Exergia Um conjunto cilindropistão contém água inicialmente a 150 C A água é aquecida até o estado de vapor saturado correspondente em um processo internamente reversível a temperatura pe pressão constantes Para T₀ 20 C e P₀ 1 bar e ignorando os efeitos de movimento e da gravidade determine em kJkg a a variação de exergia b a transferência de exergia associada ao calor c a transferência de exergia associada ao trabalho e d a destruição de exergia Água Fronteira do sistema Balanço de Exergia para Sistemas Fechados Para qualquer processo a variação de energia de um sistema é igual a transferência de energia mas a variação de exergia de um sistema é igual a transferência de exergia apenas para um processo reversível A quantidade de energia se conserva durante o processo real 1ª Lei mas a qualidade deve diminuir 2ª Lei Essa diminuição da qualidade sempre é acompanhada por um aumento aumento da entropia e por uma diminuição da exergia Quando 10 kJ de calor são transferidos de um meio quente para um meio frio ainda temos 10 kJ de energia no final do processo mas uma temperatura mais baixa com qualidade e potencial de realizar trabalho menores Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 46 81 Balanço de Exergia para Sistemas Fechados Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 47 81 Balanço de Exergia para Sistemas Fechados Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 48 81 Exemplo 73 Avaliação da Destruição de Exergia na Parede de um Forno A parede de um forno industrial de secagem e cons tituída utilizandose 0 066 m de espessura de iso lante com condutividade térmica 0 05 Wm K entre duas placas de metal Em regime perma nente a placa de metal interna está a T1 575 K e a placa externa está a T2 310 A temperatura varia linearmente através da parede A temperatura das proximidades do forno é em média 293 K Adote T0 293 K Determine a a taxa de calor através da parede b as taxas de exergia associadas à transferência de calor nas superfícies interna e externa da parede e c a taxa de destruição de exergia na parede Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 49 81 Exemplo 74 Balanço de Exergia para uma Caixa de Redução 1 Desenvolva um balanço completo de exergia para a caixa de redução mostrada na figura Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 50 81 Balanço da Taxa de Exergia para Volumes de Controle Onde o termo e representa a energia especifica de fluxo dada por Balanço da Taxa de Exergia para Volumes de Controle Se houver apenas uma entrada e saída indicadas por 1 e 2 respectivamente temos Comparação entre Energia e Exergia para Volumes de Controle em Regime Permanente Embora energia e exergia tenham a mesma unidade e a transferência de exergia acompanhe a transfe rência de energia esses conceitos são fundamentalmente diferentes A energia se conserva A exergia é destruída pelas irreversibilidades A exergia expressa a transferência de energia por trabalho calor e fluxo de massa em termos de uma medida comum relacionada com a disponibilidade ou seja o trabalho está totalmete disponível para o levantamento de um peso ou de modo equivalente como trabalho de eixo ou trabalho elétrico Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 53 81 Comparação entre Energia e Exergia para Volumes de Controle em Regime Permanente Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 54 81 Exemplo 75 Destruição de Exergia em uma Válvula de Expansão 1 Vapor dágua entra em uma válvula a 3 4 MPa e 260 e sai a uma pressão de 551 6 kPa A expansão é um processo de estrangulamento De termine a destruição de exergia específica Consi dere T0 250 e P0 1 atm Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 55 81 Exemplo 76 Avaliando a Destruição de Exergia em um Trocador de Calor 1 Ar comprimido entra em um trocador de calor em contracorrente em regime permanente a 610 K e 10 bar e sai a 860 K e 9 7 bar Gás de combustão quete entra como um fluxo separado a 1020 K e 1 1 bar e saia a 1 0 bar Cada fluxo tem uma vazão mássica de 90 kgs A transferên cia de calor entre a superfície exterior do trocador de calor e a vizinhança pode ser ignorada Os efei tos de movimento e gravidade são desprezíveis Admitindo que o fluxo do gás de combustão tem as propriedades do ar e usando o modelo de gás ideal para ambos os fluxos determine para o trocador de calor a a temperatura de saída do gás de combustão b a variação líquida da taxa de exergia de fluxo entre a entrada e saída de cada fluxo e c a taxa de exergia destruída Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 56 81 Exemplo 76 Avaliando a Destruição de Exergia em um Trocador de Calor 1 Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 57 81 Exemplo 77 Determinando o Custo da Destruição de Exergia 1 No esboço a seguir são mostrados os componentes de uma bomba de calor par fornecimento de ar aquecido para uma residência Em regime permanente R22 é admitido no compressor a 5 3 5 bar e é comprimido adiabaticamente até 75 14 bar Do compressor o refrigerante passa através do condensador no qual é condensado a líquido a 28 e 14 bar O refrigerante é expandido através de uma válvula de expansão até 3 5 bar Os estados do refrigerante são mostrados no diagrama T s Ar de retorno da residência é admitido no condensador a 20 1 bar a uma vazão volumétrica de 0 42 m3s e é descarregado a 50 com uma perda de carga desprezível Utilizando o modelo de gás ideal para o ar e desprezando os efeitos das energias cinética e potencial Determine as taxas de destruição de exergia para o compressor o condensador e a válvula de expansão das bombas de calor Se o valor da exergia for US 0 08 por kW h determine o custo diário da energia elétrica para a operação do compressor e o custo diário da destruição de exergia em cada componente Adote T0 273 K o que corresponde à temperatura do ar exterior Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 58 81 Exemplo 77 Determinando o Custo da Destruição de Exergia 1 Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 59 81 Exemplo 78 Balanço de Exergia para uma Turbina a Vapor 1 Vapor dágua é admitido em uma turbina com uma pressão de 30 bar a uma temperatura de 400 e com uma velocidade de 160 ms O vapor sai como vapor saturado a 100 com uma velocidade de 100 ms Em regime permanente a turbina desenvolve trabalho a uma taxa 540 kJkg A transferência de calor entre a turbina e sua vizinhança ocorre a uma temperatura média externa de 350 K Desenvolva um balanço completo da exergia líquida associada ao escoamento na entrada Adote T0 25 e P0 1 atm Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 60 81 Exemplo 79 Balanço de Exergia de um Sistema de Calor Perdido 1 A Figura mostra uma opção a ser levada em conta para a utilização dos produtos da combustão des carregador por um processo industrial a Desenvolva um balanço completo da exergia líquida trazida pelos produtos da combustão b Use os resultados do item anterior para iden tificar oportunidades para melhorar o desem penho termodinâmico Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 61 81 Eficiência Exergética ou de Segunda Lei Trabalho reversível quantidade máxima de trabalho útil que pode ser produzida o trabalho mínimo que precisa ser fornecido Irreversibilidade exergia destruída qualquer diferença entre o trabalho reversível e o trabalho útil devese as irreversibilidades Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 62 81 Eficiência Exergética ou de Segunda Lei A Figura ao lado mostra duas máquinas térmicas ambas com eficiência térmica de 30 eficiência de primeira lei A primeira vista parece que am bas as máquinas conseguem converter em trabalho a mesma fração de calor que recebem e assim de sempenhando igualmente bem Quando analisamos pela Segunda Lei da Termodinâmica vemos outro quadro Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 63 81 Eficiência Exergética Eficiência Exergética ou de Segunda Lei Eficiência de Segunda Lei é a razão entre a efici ência térmica real e a mais alta eficiência térmica possível reversível sob as mesmas condições ηII ηt ηtrev Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 65 81 Eficiência Exergética ou de Segunda Lei Para a máquina A ηtrevA 1 Tf TqA ηII 0 3 1 300 600 100 60 Para a máquina B ηtrevB 1 Tf TqB ηII 0 3 1 300 1000 100 43 Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 66 81 Eficiência Exergética ou de Segunda Lei Embora as duas máquinas térmicas apresentem a mesma eficiência térmica a máquina A consegue converter 60 da energia disponível enquanto que a máquina B apenas 43 Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 67 81 Eficiência Exergética Primeira lei da termodinâmica dEdtsist Q W Qf Qu Qp η Qu Qf Eficiência Exergética Balanço de exergia dEdtsist j 1 T0Tj Qj W P0 dVdt Ėd 1 T0Tf Qf 1 T0Tu Qu 1 T0Tp Qp Ėd ε 1 T0Tu1 T0Tf Qu Qf ε η 1 T0Tu1 T0Tf Eficiência Exergética de Componentes Usuais Turbina 0 j 1 T0Tj qj Wt m ef1 ef2 Ėd ef1 ef2 Wt m Ėd m Decréscimo da exergia de fluxo entre a entrada e saída Trabalho desenvolvido pela turbina Exergia destruída Um parâmetro que mede quão eficiente é o decréscimo de exergia de fluxo é convertido no produto deseja é a eficiência exergética ηII Wt m ef1 ef2 Eficiência Exergética de Componentes Usuais Compressores e Bombas o compressor ou a bomba é adiabático Entrada de exergia trabalho desenvolvido Responsável pelo aumento da exergia de fluxo Exergia de fluxo entre a entre a entrada e saída Exergia destruída Eficiência Exergética de Componentes Usuais Trocador de Calor sem Mistura Decréscimo de exergia da corrente quente Fornece o aumento de da exergia para a corrente fria Aumento da exergia da corrente fria Exergia destruída Eficiência Exergética de Componentes Usuais Trocador de Calor sem Mistura ηII mc ef4 ef3 mh ef1 ef2 Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 73 81 Eficiência Exergética de Componentes Usuais Trocador de Contato Direto Decréscimo de exergia da corrente quente Fornece o aumento de da exergia para a corrente fria Aumento da exergia da corrente fria Exergia destruída Eficiência Exergética de Componentes Usuais Trocador de Contato Direto ηII m2 ef3 ef2 m1 ef1 ef3 Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 75 81 Definição Geral Para Eficiência de Segunda Lei Balanço de Exergia para um Sistema E2 E1 12 1 T0Tb δQ W P0 2 1 T0 Sger Balanço de Exergia para Volume de Controle dEdtvc j 1 T0Tj qj Ẇ ṁef1 ef2 Ėd Eficiência de Segunda Lei η Exergia Recuperada Exergia Fornecida 1 Exergia Destruída Exergia Fornecida Exemplo 815 Análise da Segunda Leis para uma Turbina a Vapor 3 Vapor dágua entra em um turbina a 3 MPa e 450 a uma vazão de 8 kgs e sai a 0 2 MPa e 150 O vapor perde calor para o ar da vizinhança a 100 kPa e 25 a uma taxa de 30 kW e as variações de energia cinética e potencial são desprezíveis Determine a a produção real de potência b a máxima potência possível c a eficiência de segunda lei d a exergia destruída e e a exergia do vapor nas condições de entrada Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 77 81 Exemplo 815 Análise da Segunda Leis para uma Turbina a Vapor4 3 Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 78 81 Equações Principais E U U0 P0 0 T0 S S0 EC EP Exergia de um sistema e u u0 P0 v v0 T0 s s0 V²2 gz Exergia específica E2 E1 U2 U1 P0 2 1 T0 S2 S1 EC2 EC1 EP2 EP1 Variação de exergia E2 E1 12 1 T0Tb δQ W P0 2 1 T0 Sger Balanço de exercia para sistema fechado Equações Principais 0 j 1 T0Tj Qj Ẇ Ėd Balanço da taxa de exergia para sistema fechado em regime permanente 0 j 1 T0Tj Qj ẆVC e ṁe efe e ṁs efs Ėd Balanço da taxa de exergia para um volume de controle em regime permanente ef h h0 T0 s s0 V²2 gz Exergia específica de fluxo Referências Bibliográficas 1 MORAN Michael J Princípios de Termodinâmica para Engenharia 8ª edição Rio de JaneiroRJGrupo GEN 2018 2 BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica Editora Blucher 2018 3 ÇENGEL Yunus A BOLES Michael A Termodinâmica Porto AlegreRS Grupo A 2013 Acesso httpsintegradaminhabibliotecacombr Rubens Gallo UTFPRCP EM35C TERMODINÂMICA B 13 de agosto de 2025 81 81