EXERGIA - TERMODINAMICA

Exergia.

1ª Lei: Conservação da energia.

• Calor e Trabalho são 100% permutáveis (calor pode ser totalmente transformado em trabalho e vice-versa).

2ª Lei: Restringe a 1ª Lei.

• Limita a quantidade de calor que pode ser convertida em trabalho.
• Nenhum motor (real ou ideal), operando em ciclo, pode converter em trabalho todo o calor fornecido à substância operante.
• Parte é rejeitada na forma de calor.

TH

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                                                                            O – W

|

TL

Todo processo provoca a degradação de parte da energia que poderia ter sido convertida em trabalho, mas não é.

                      ENERGIA                                   X                            EXERGIA

Capacidade de produzir um efeito.	Habilidade de realizar trabalho.
Várias formas.	Trabalho máximo teórico que pode ser realizado quando o sistema entra em equilíbrio com o ambiente.
Transformação entre formas.	Pode ser destruída.
Não pode ser destruída.

EXERGIA

• Quantifica o potencial de uso.
• É destruído por irreversibilidades.
• Sistema entra em equilíbrio:

• Térmico -> vizinhança.
• Mecânico.

• Não é mais capaz de produzir trabalho útil.

• Estado morto ou inativo:

• Não há mais interações entre o sistema e a vizinhança.
• Não há potencial para realizar trabalho.

CONCEITOS FUNDAMENTAIS PARA ANÁLISE.

• Ambiente de referência.

• Sistema compressível simples e grande e com temperatura e pressão uniformes.
• Livre de irreversibilidades.
• Propriedades intensivas não mudam.

• Referência exergética (do ambiente)

• Pressão do estado morto: Po
• Temperatura do estado morto: To

• Equilíbrio

• Térmico: T=To
• Mecânico: P=Po

• 1970 – Energia disponível – EUA => Aproximadamente 50 artigos publicados.
• 2000 – International Gournal of energy

Termodinâmica e termo-economia.

• Indústrias e Legisladores – Passam a utilizar exergia como base para planejamento exergético.

Exergia:

• Energia disponível.
• Trabalho potencial máximo.

Aplicações:

• Conservação de energia
• Otimização de processos
• Análise de sistemas complexos grandes (VLCS)
• Tecnologia da informação
• Sustentabilidade
• Química/bioquímica
• Física

Definição de EXERGIA:

Máximo trabalho útil teórico obtido se um sistema “s” é levado ao equilíbrio termodinâmico com o ambiente, por processos nos quais o sistema interage apenas com esse ambiente.

Há várias formas de energia presente na natureza.

• Há várias formas de exergia correspondentes.

Tipo de Energia	Energia específica	Exergia específica
Cinética	(V^2)/2	(V^2)/2
Potencial	G*Z	G*Z
Calor	q	Nc*q  => q*(1-To/T)
Trabalho	W	W

Exergia cinética e potencial e trabalho podem ser livremente convertidos em qualquer outra forma de energia.

Calor => É uma forma de energia “menos disponível”

• A parcela que pode ser convertida em trabalho depende da temperatura do sistema T e do ambiente To.

Para um sistema aberto S identificado pelos parâmetros T, P, V, Z, que pode interagir apenas com um ambiente de referência “B” a To, Po, Vo, Zo, a exergia específica é uma função de estado dada por:

• Ex=(h1-h0)+(((v1^2)/2)-((v0^2)/2) )+(g*Z1-g*Z0)-(T0*(s-s0))

Consequencias dessa definição:

1. Se o sistema está no estado morto, a exergia do sistema é zero.

• Exergia é um potencial termodinâmico.
• Requer dois estados diferentes para a sua definição.

1. Pode haver combinações particulares em que Ex<0.

• O significado físico é que, para levar o sistema para a condição de equilíbrio é necessário realizar trabalho sobre ele.

1. Se o sistema S muda do estado 1 para o 2, sua variação de exergia no processo também é uma função de estado.

• Ex1-Ex2=(h1-h2)+(((v1^2)/2)-((v2^2)/2) )+(g*Z1-g*Z2)-(T0*(s1-s2))

1. Qualquer irreversibilidade no processo se reflete no decréscimo de energia entra os estados iniciais e finais.

• ΔSirrev1-2 = To*ΔSirrev1-2

Custo exergético ou quantidade de exergia acumulada

• Exergia é aditiva – qualquer cadeia de produção pode ser vista como uma série de processos elementares, cada um adicionando exergia como entrada e destruindo exergia em suas irreversibilidades internas, entregando um produto com “valor adicionado de exergia”. O produto final na cadeia de produção tem, portanto, uma quantidade acumulada de exergia. [kg/unidade]

Cada produto utilizado pelo homem pode ter o seu custo exergético calculado.

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