Exergia em Termodinâmica II, Notas de aula de Termodinâmica

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TERMODINÂMICA II

Profª. Msc. Fernanda Ganem

DEFINIÇÃO DE EXERGIA

1ª Lei

2ª Lei

Exergia

DEFINIÇÃO DE EXERGIA

Avalie as seguintes afirmativas em verdadeiro e falso:

1. A energia e a exergia não podem ser destruídas
2. Exergia é a propriedade que quantifica o potencial de uso
3. A exergia é destruída por irreversibilidades
4. Não existe ligação entre exergia e o valor econômico

DEFINIÇÃO DE EXERGIA

o Exergia é o 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 (estado morto).

DEFINIÇÃO DE EXERGIA

o Estado morto:

• Na análise de exergia, se toma como referência o ambiente com o qual o sistema entrará em equilíbrio com o passar do tempo.
• Quando o sistema está em equilíbrio com o ambiente ele se encontra em estado morto.
• No estado morto, a energia cinética e potencial do sistema é desprezível (velocidade zero e altura zero em relação a um nível de referência.
• Nenhum trabalho pode ser produzido a partir de um sistema que está inicialmente no estado morto.

DEFINIÇÃO DE EXERGIA

o Um sistema fornece o máximo possível de trabalho ao passar por um processo reversível do estado inicial especificado para o estado de seu ambiente, ou seja, o estado morto. o A exergia representa o limite superior da quantidade de trabalho que um dispositivo pode produzir sem violar nenhuma das leis termodinâmicas. o Sempre haverá uma diferença entre a exergia e o trabalho real produzido por um dispositivo.

EXERGIA DE UM SISTEMA

A exergia (E) de um sistema pode ser calculada por meio da aplicação da 1 ª e 2 ª Lei da termodinâmica. 0 0 0 0 0

E = ( U − U ) + p ( V − V ) − T ( S − S ) + EC + EP

DEDUÇÃO EXERGIA DE UM SISTEMA

o Balanço de energia global: Total C C

 En = Q − W

0 ( ) Total i amb  En = U − E +  U amb 0 amb 0 amb

 U = T  S − P  V

∆𝐸𝑛

= 𝑈

− 𝐸

• (𝑇

∆𝑆

− 𝑃

∆𝑉

)

DEDUÇÃO EXERGIA DE UM SISTEMA

o Balanço de entropia: total  S =  t ot la sist amb

 S =  S +  S

amb 0  S = − S − S +  𝑊

= 𝐸 − 𝑈

• 𝑃

𝑉 − 𝑉

− 𝑇

[ 𝑆 − 𝑆

• σ] 𝑬 = 𝑼 + 𝑬𝒄 + 𝑬𝑷 ∆𝑆 = 𝑄 𝑇 𝑏
• 𝜎

DEDUÇÃO EXERGIA DE UM SISTEMA

𝑊

= 𝑈 − 𝑈

• 𝑃

𝑉 − 𝑉

− 𝑇

𝑆 − 𝑆

• 𝐸𝐶 + 𝐸𝑃 − 𝑇

σ É determinado apenas pelo estado dado e o estado morto. Depende da natureza do processo à medida que o sistema se encaminha para o estado morto 0 0 0 0 0

E = ( U − U ) + p ( V − V ) − T ( S − S ) + EC + EP

EXERGIA ESPECÍFICA

A exergia específica é definida pela exergia por unidade de massa. 0 0 0 0 0

C P

e = u − u + p v − v − T s − s + e + e

• A exergia total pode ser obtida através do produto da exergia específica pela massa do sistema.
• Unidades: KJ/Kg, Btu/lb etc.

EXERCITANDO

Determine a exergia específica do vapor d’água saturado a 120 ºC, com uma velocidade de 30 m/s e a uma altura de 6 m, cada qual relativa a um ambiente de referência de exergia, em que T 0 = 298 K ( 25 ºC), p 0 = 1 atm e g= 9 , 8 m/s². Considere o sistema reversível. Dados: Estado 1: v 1 =0,8919 m³/kg u 1 = 2529,3 kJ/kg s 1 = 7,1296 kJ/kg.K Estado morto: v 0 = 1,0029. 10

• 3 m³/kg u 0 = 104,88 kJ/kg s 0 = 0,3674 kJ/kg.K

EXERCITANDO