Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A9

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Termodinâmica Aplicada à Agricultura - A9

  1. 1. Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag Fundamentos da Termodinâmica Tradução da 7ª Edição Americana Capítulo 10 Irreversibilidade e Disponibilidade
  2. 2. Gerenciamento de Recusos Naturais
  3. 3. Potencial de uma Fonte em Produzir Trabalho Usina Hidrelétrica de Itaipu Usina Nuclear de Angra dos Reis
  4. 4. Potencial de uma Fonte em Produzir Trabalho Ciclo de Carnot Máxima conversãoReversível
  5. 5. 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:
  6. 6. Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag ENERGIA DISPONÍVEL/TRABALHO REVERSÍVEL/IRREVERSIBILIDADE Energia disponível do calor transferido Processo Real
  7. 7. ENERGIA DISPONÍVEL/TRABALHO REVERSÍVEL/IRREVERSIBILIDADE .. ee vc mm dt dm −= ∑ vcrealtotsstoteej vc WhmhmQ dt dE .... .. −−+= ∑∑∑ geradorealssee j jvc ssmsm T Q dt dS ... . .. −−+= ∑∑∑
  8. 8. 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:
  9. 9. IRREVERSIBILIDADE
  10. 10. Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag A IRREVERSIBILIDADE é diretamente proporcional a GERAÇÃO DE ENTROPIA IRREVERSIBILIDADE
  11. 11. Processos em Regime Permanente
  12. 12. Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag W=413,29 kJ/kg; i=62,0 kJ/kg Exemplo 10.1
  13. 13. Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag W=-263,3 kJ/kg; i= 32,8 kJ/kg Exemplo 10.2
  14. 14. Análise de Processos em Sistemas Processo Real (Irreversível) Processo Ideal (Reversível)
  15. 15. Análise de Processos em Sistemas
  16. 16. W=0; I= 1645 kJ Exemplo 10.3
  17. 17. Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag mNH3=220,87 kg; I=34885 kJ Exemplo 10.4
  18. 18. 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.
  19. 19. 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.
  20. 20. 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!!
  21. 21. 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).
  22. 22. Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag 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
  23. 23. 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):
  24. 24. Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag Efseg=0,459; I=902,3 kJ/kg Exemplo 10.6
  25. 25. 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:
  26. 26. EXERGIA Combinando as equações tem-se: Agrupando os termos e nominando-os: Onde ψ é a exergia específica:
  27. 27. 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.
  28. 28. Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag Efseg=0,67 Exemplo 10.7
  29. 29. Termodinâmica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag Sger=0,5 W/K Exemplo 10.8

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