7- CAPÍTULO 7 - EXERGIA.pdf

(1)

Exergia

7

(2)

(3)

167

•

• _{Projeção e análise de sistemas térmicos.}_{Projeção e análise de sistemas térmicos.} •

• _{Efciência energética, sustentabilidade e meio}_{Efciência energética, sustentabilidade e meio}_ambiente._ambiente.

Após o estud

o deste capítulo, v

ocê será capaz de:

1.

1. _{dominar os conceitos relacionados à análise exergética, incluindo}_{dominar os conceitos relacionados à análise exergética, incluindo} ambiente de referência para exergia, estado

ambiente de referência para exergia, estado morto, transferência demorto, transferência de exergia e destruição de exergia;

exergia e destruição de exergia; 2.

2. _{determinar a exergia em um estado e a variação de exergia entre}_{determinar a exergia em um estado e a variação de exergia entre} dois estados, utilizando adequadamente os dados de propriedades dois estados, utilizando adequadamente os dados de propriedades termodinâmicas;

termodinâmicas; 3.

3. _{aplicar balanços de exergia em sistemas fechados e abertos (volumes}_{aplicar balanços de exergia em sistemas fechados e abertos (volumes} de controle).

(4)

168

168 A

A

análise de exergia é um método que usa análise de exergia é um método que usa

os princípios da conservação da massa e da

energia juntamente com a segunda lei da

ter-modinâmica para o projeto e a análise de

modinâmica para o projeto e a análise de

sis-temas térmicos. Outro

temas térmicos. Outro termo frequentementetermo frequentemente aplicado para identicar análise exergética é a aplicado para identicar análise exergética é a análise de

análise de disponibilidadedisponibilidade..

É aparente a importância do

desenvolvi-mento de sistemas térmicos que fazem uso mento de sistemas térmicos que fazem uso efe-tivo de recursos não renováveis, como petróleo, tivo de recursos não renováveis, como petróleo, gás natural e combustíveis sólidos. O método de gás natural e combustíveis sólidos. O método de

análise de exergia é particularmente adequado

para favorecer uma utilização mais eciente dos para favorecer uma utilização mais eciente dos recursos, uma vez que permite que localizações, recursos, uma vez que permite que localizações, tipos e magnitudes de desperdício e perda sejam tipos e magnitudes de desperdício e perda sejam determinados. Essa informação pode ser usada determinados. Essa informação pode ser usada para projetar sistemas térmicos mais ecientes, para projetar sistemas térmicos mais ecientes, reduzir fontes de ineciência em sistemas exis reduzir fontes de ineciência em sistemas exis

-

-tentes e avaliar a termoeconomia do sistema. tentes e avaliar a termoeconomia do sistema.

Quando dois sistemas, em diferentes Quando dois sistemas, em diferentes

esta-dos (e com potenciais diferentes), são

dos (e com potenciais diferentes), são

coloca-dos em contato, existe uma oportunidade para dos em contato, existe uma oportunidade para

realizar trabalho. Quando um deles é um

sis-tema adequadamente idealizado (ambiente) e tema adequadamente idealizado (ambiente) e

o outro é um sistema de interesse, a exergia

representa o máximo trabalho teórico obtido

quando ambos interagem até o equilíbrio. Essa quando ambos interagem até o equilíbrio. Essa é a denição de

é a denição de exergiaexergia

e que se completará

com a denição de

com a denição deambienteambiente

e de como pode-

e de como

pode-mos associar valores numéricos a exergia. mos associar valores numéricos a exergia.

Um exemplo simples, cotidiano, e muito

abordado pela literatura para ilustrar a exegia

é composto por um sistema que consiste em um é composto por um sistema que consiste em um pequeno tanque com combustível e um pequeno tanque com combustível e um queima-dor ligado a ele, envolto por uma grande dor ligado a ele, envolto por uma grande quan-tidade de ar xada como sistema, conforme tidade de ar xada como sistema, conforme demonstramos na Figura

demonstramos na Figura77..11..

Figura Figura77..11

Ilustração utilizada para o conceito de exergia

Tempo

Qualidade

Qualidade de de energia energia constanteconstante

Potencial

Potencial de de uso uso diminuidiminui

Valor

Valor econômico econômico descrecedescrece

Ar a uma Ar a uma temperatura temperatura T T _i_i

Fronteira do sistema isolado

(a) (a) Combus-tível tível (b) (b) Combus-tível tível Ar e produtos de Ar e produtos de combustão a uma combustão a uma temperatura T

temperatura T _i_i + + Δ ΔT T

(c)

(5)

169

169 Apesar de, durante a

Apesar de, durante a

queima, o sistema manter a

energia constante, com o

pas-sar do tempo o potencial sar do tempo o potencial ener-gético do combustível diminui gético do combustível diminui até a extinção. A energia é até a extinção. A energia é con-servada, mas o potencial servada, mas o potencial

ener-gético da mistura

gético da mistura

combustí-vel-ar é muito maior que a do vel-ar é muito maior que a do

ar resultante levemente

aque-cido. É possível utilizar esse

cido. É possível utilizar esse

combustível de forma mais e combustível de forma mais e- -ciente para a produção de ciente para a produção de tra-balho – por exemplo, gerando balho – por exemplo, gerando

vapor ou elevando a pressão

sob um cilindro. sob um cilindro.

No caso da Figura

77

.

11

,

a energia em (a) é mais útil do a energia em (a) é mais útil do

que em (c), pois naquele ela

tem um potencial maior de

uso. Em (c), o potencial de uso uso. Em (c), o potencial de uso

foi largamente destruído, em

razão da natureza

razão da naturezairreversívelirreversível

do processo. Diferentemente

da energia, a exergia não é

conservada. Ela pode ser

des-truída ou mesmo transferida

truída ou mesmo transferida

de um sistema a outro. de um sistema a outro.

Em uma análise

exer-gética, o objetivo é localizar

gética, o objetivo é localizar

locais onde ocorrem perdas

e destruição de exergia para

ranqueá-los. Dessa forma, ranqueá-los. Dessa forma,

exergia

é o maior trabalho teórico possível de ser obtido

quando um ambiente de referência de exergia interage com quando um ambiente de referência de exergia interage com o sistema de interesse, permit

o sistema de interesse, permitindo que eles atinjam o pontoindo que eles atinjam o ponto de equilíbrio (

de equilíbrio (BorgnakkeBorgnakke; Sonntag,; Sonntag, 20132013).).

7.1

Deﬁnindo o ambiente de

referência

O

ambienteambiente_{é defnido como uma porção das vizinhanças do}_{é defnido como uma porção das vizinhanças do}

sistema na qual as propriedades intensivas são uniformes e

não se alteram signicativamente como resultado de qualquer não se alteram signicativamente como resultado de qualquer processo em consideração. O ambiente é grande em extensões processo em consideração. O ambiente é grande em extensões

e visto como livre de irreversibilidades. As irreversibilidades

estarão presentes dentro dos sistemas ou nas suas vizinhanças estarão presentes dentro dos sistemas ou nas suas vizinhanças próximas.

próximas.

O ambiente é modelado aqui, com um sistema simples O ambiente é modelado aqui, com um sistema simples com-pressível que é grande em extensão e unifor

pressível que é grande em extensão e uniforme na temperaturame na temperatura T

T00 e pressão p e pressão p00 (T (T00 = =2525 °C e p °C e p00 = =11 atm). As propriedades extensi- atm). As propriedades

extensi-vas do ambiente podem s

vas do ambiente podem se alterar em decorrência de interaçõese alterar em decorrência de interações

com os sistemas, ou seja, E

ambamb

, V

ambamb

e

S

ambamb

podem sofrer modi-

podem sofrer

modi-fcações. Usando a conservação de energia para o ambiente fcações. Usando a conservação de energia para o ambiente (estacionário e imóvel, energia cinética e potencial nulas): (estacionário e imóvel, energia cinética e potencial nulas):

E

Eambamb == QQ_amb_amb -- WW_amb_amb ((77..11))

Como na segunda lei da termodinâmica para denição de Como na segunda lei da termodinâmica para denição de calor e trabalho, temos:

calor e trabalho, temos:

(

c c p p

)

_amb_amb aammb b aammbb d d U U ++E E ++E E ==TTddS S −−ppdd∀∀ ((77..22)) Temos, então: Temos, então: a ammb b 0 0 aammb b 0 0 aammbb U U T T S S p p VV ∆ ∆ = = ∆ ∆ − − ∆∆ ((77..33))

(6)

170

7.2 7.2

Deﬁnindo

o “estado

morto”

O

O estado restritoestado restrito_{, ou}_{, ou} estadoestado morto

morto_{, é o estado que ocorre}_{, é o estado que ocorre}

quando o sistema está nas quando o sistema está nas mes-mas condições que o ambiente, mas condições que o ambiente, não havendo mais quaisquer não havendo mais quaisquer oportunidades de realização de oportunidades de realização de trabalho, uma vez que o trabalho, uma vez que o equilí-brio entre sistema e ambiente brio entre sistema e ambiente tenha sido obtido.

tenha sido obtido.

7.3

Avaliando a

exergia

Considere um sistema Considere um sistema combi-nado, formado pelo sistema nado, formado pelo sistema de interesse e mais o ambiente, de interesse e mais o ambiente, como mostramos na Figura como mostramos na Figura

7

7..22 indicada a seguir. indicada a seguir.

Figura Figura77..22

Sistema combinado composto pelo ambiente e pelo

sistema fechado sistema fechado Interações de calor Interações de calor e trabalho com o e trabalho com o ambiente ambiente Ambiente a T Ambiente a T ₀₀ e p e p₀₀

W W _c_c Fronteira Fronteira do do sistema sistema Sistema Sistema fechado fechado Fronteira do Fronteira do sistema sistema combinado combinado

Observe que a transferência de calor ocorre apenas em seu Observe que a transferência de calor ocorre apenas em seu interior. Dessa forma, realizando um balanço de energia, temos: interior. Dessa forma, realizando um balanço de energia, temos:

(

)

c c cc cc ff aammbb 00 aammbb E E 0 0 W W E E E E E E U U U U E UE U ∆ = ∆ = − − ∴∴∆ = ∆ = − − ++∆ ∆ = = − − ++∆∆ ((77..44)) Mas, Mas, a ammb b 0 0 aammb b 0 0 aammbb U U T T S S p p VV ∆ ∆ = = ∆ ∆ − − ∆∆ ((77..55)) Então, Então,

(

)

(

)

c c 0 0 0 0 aammb b 0 0 aammbb W W = = E E − − U U − − T T ∆ ∆ S S − − p p ∆∆VV ((77..66))

Como o volume do sistema combinado é constante, temos: Como o volume do sistema combinado é constante, temos:

(

)

c c aammbb cc aammbb 00 aammbb 00 V V = = V V + + V V ∴∴∆ ∆ V V = = 0 0 = = ∆ ∆ V V + + V V − ∴− ∴V V ∆ ∆ V V = −= −((V V V V )) ((77..77))

(7)

171

Dessa forma, chegamos a: Dessa forma, chegamos a:

(

)

c c 00 00 00 00 aammbb W W = = E E − − U U + + p p ((V V V V − − − − ) T S) T S∆∆ ((77..88)) Nessa expressão, W

Nessa expressão, Wcc representa o representa o trabalhotrabalho

desenvolvido pelo sistema combinado, quando desenvolvido pelo sistema combinado, quando o sistema fechado passa para o “estado mor o sistema fechado passa para o “estado morto”,to”, enquanto interage apenas com o ambiente. enquanto interage apenas com o ambiente.

Escrevendo um balanço de entropi

Escrevendo um balanço de entropia para oa para o sistema combinado, temos:

sistema combinado, temos:

c c aammbb cc Q Q S S S S SS T T ∆ ∆ = = ∆ ∆ ++∆ ∆ = = ++σσ ((77..99)) Como Q =

Como Q = 00, então:, então:

c c cc S S ∆ ∆ = = σσ ₍₍₇₇_._.₁₀₁₀₎₎ Logo: Logo:

(

)

c 0 c 0 aammbb cc S S S S S S SS ∆ = ∆ = − +− +∆ ∆ = = σσ ((77..1111)) Substituindo a equação

Substituindo a equação77..1111 na equação na equação77..88,, temos: temos:

(

)

(

)

(

)

c c 00 00 00 00 00 00 cc W W == E E −−U U ++p p V V −−V V −−T T S S −−S S −−TTσσ ((77..1212)) O último termo do lado direito da O último termo do lado direito da expres-são

são 77..1212 é o único termo que depende da natu- é o único termo que depende da natu-reza do processo. Todos os demais dependem reza do processo. Todos os demais dependem apenas dos estados iniciais e fnais (“estado apenas dos estados iniciais e fnais (“estado morto”);

morto”); inclusive, independeinclusive, independem dos detalhesm dos detalhes do processo que está

do processo que está ocorrendo.ocorrendo. Fica evidente, na equação

Fica evidente, na equação 77..1212, que o, que o máximo trabalho teórico do sis

máximo trabalho teórico do sistema combinadotema combinado

será obtido quando as irreversibilidades não será obtido quando as irreversibilidades não existirem e a geração de entropia for nula, ou existirem e a geração de entropia for nula, ou seja, quando T

seja, quando T00ss_c_c = = 00..

Desse modo, finalmente chegamos à Desse modo, finalmente chegamos à expressão para a exergia do sistema, expressão para a exergia do sistema, denomi-nada de

nada de A A, de forma a não ser confundida com, de forma a não ser confundida com a energia: a energia:

(

)

(

)

(

)

c c 00 00 00 00 00 A W A W == == E E −−U U ++p p V V −−V V −−T T S S −−SS ((77..1313))

A exergia pode também ser visualizada A exergia pode também ser visualizada como o trabalho mínimo necessário a ser como o trabalho mínimo necessário a ser efe-tuado sobre o sistema fechado para levá-lo tuado sobre o sistema fechado para levá-lo dodo “estado morto”

“estado morto” à sua dada condição.à sua dada condição.

A exergia é uma forma de medir o A exergia é uma forma de medir o afas-tamento do estado de um dado sistema tamento do estado de um dado sistema fechado em relação ao estado do ambiente. fechado em relação ao estado do ambiente. Adotando-se valores para o estado do ambiente, Adotando-se valores para o estado do ambiente, a exergia pode ser imaginada como uma a exergia pode ser imaginada como uma pro-priedade do sistema.

priedade do sistema.

Em termos de propriedades intensivas, Em termos de propriedades intensivas, a exergia pode ser expressa em termos a exergia pode ser expressa em termos más-sicos, na forma: sicos, na forma:

(

00

)

00

(

00

)

00

(

00

)

a a == e e −−u u ++p p v v −−v v −−T T s s −−ss ((77..1414)) Como: Como: 2 2 w w e e uu g g · · zz 2 2 = = + + ++ ((77..1515))

(8)

172

Então: Então:

(

00

)

00

(

00

)

00

(

00

)

22 w w a a uu uu pp vv vv TT ss ss gg··zz 2 2 = = −− ++ −− −− −− ++ ++ ((77..1616))

E a variação de exergia entre dois estados em um sistema fechado como: E a variação de exergia entre dois estados em um sistema fechado como:

(

)

(

)

(

)

2 2 11 22 11 00 22 11 00 22 11 A A −−AA == EE −−EE ++pp vv −− vv −−TT SS −−SS ((77..1717)) 7.4

7.4

Balanço de exergia para sistemas fechados

O balanço de exergia para um sistema fechado é desenvolvido combinando o balanço de energia O balanço de exergia para um sistema fechado é desenvolvido combinando o balanço de energia e o balanço de entropia para sistemas fechados.

e o balanço de entropia para sistemas fechados. O balanço de energia é: O balanço de energia é: ( (77..1818)) E o balanço de entropia: E o balanço de entropia: 2 2 1 1 _b_b Q Q S S T T       ∆ ∆ = = + + σσ     

∫

 ( (77..1919))

Na equação, W e Q representam, respecti

Na equação, W e Q representam, respectivamente, o trabalho e a transferência de calor entrevamente, o trabalho e a transferência de calor entre o sistema e as suas vizinhanças. No balanço de entropia, o índice “b” signifca que a temperatura o sistema e as suas vizinhanças. No balanço de entropia, o índice “b” signifca que a temperatura e o calor ocorrem na fronteira.

e o calor ocorrem na fronteira.

Como um primeiro passo para a obtenção do

Como um primeiro passo para a obtenção do balanço de exergia, multiplicamos toda a expresbalanço de exergia, multiplicamos toda a expres- -são do balanço de entropia por T

são do balanço de entropia por T00, de forma que todos os termos tenham a mesma unidade do, de forma que todos os termos tenham a mesma unidade do

balanço de energia. balanço de energia.

Após isso, utilizamos o balanço de energia e subtraímos o balanço de entropia de forma a Após isso, utilizamos o balanço de energia e subtraímos o balanço de entropia de forma a obter o balanço de exergia:

obter o balanço de exergia:

( (77..2020))

(9)

173

Colocando em evidência os termos com o calor e introduzindo a equação da variação da Colocando em evidência os termos com o calor e introduzindo a equação da variação da ener-gia dada pela equação

gia dada pela equação77..1717, temos:, temos:

(

)

(

)

2 2 0 0 2 2 11 00 22 11 00 b b 1 1 T T A A A A 1 1 Q Q W W p p V V V V TT T T    − − = = __ − − __∂ ∂ − + − + − − − − σσ   

∫

((77..2121)) Ou, Ou,

(

A A 22−−A A 11

)

== A A QQ−−A A WW−−AAdd ((77..2222))

Em que a transferência de exergia Em que a transferência de exergia asso-ciada ao calor é: ciada ao calor é: 2 2 0 0 Q Q b b 1 1 T T A A 1 1 QQ T T    = = __ − − __∂∂   

∫

((77..2323))

A transferência de exergia que acompanha A transferência de exergia que acompanha o trabalho é: o trabalho é:

(

)

W W 00 22 11 A A = =   __W W + + p p V VV V−− __ ((77..2424)) E o terceiro termo do lado direito da E o terceiro termo do lado direito da equa-ção é a

ção é a destruição de exergia devido às destruição de exergia devido às irreverirrever- -sibilidades do sistema: sibilidades do sistema: d d 00 A A = = TT σσ ((₇₇..₂₅₂₅)) 7.4.1

7.4.1

Balanço de exergia para

sistemas fechados

em termos de taxas

Em termos de taxas, o balanço de e

Em termos de taxas, o balanço de exergia podexergia pode ser escrito como:

ser escrito como:

0 0 j j 0 0 00 j j d dAA TT ddVV 1 1 Q Q W W p p TT d dtt TT ddtt       = = ____ −− ____ −−__ −− __−− σσ          __ ((77..2626))

Que, em regime permanente, ca: Que, em regime permanente, ca:

0 0 j j 00 j j T T 0 0 1 1 Q Q W W TT T T    = =  __ − − __ − − − − σσ       __ ((77..2727)) 7.5

7.5

Balanço de

ex

ergia

para volumes de

controle

O balanço de exergia para volumes de contro O balanço de exergia para volumes de controlele tem uma gama maior de aplicações na tem uma gama maior de aplicações na enge-nharia, visto que

nharia, visto que muitos equipamentos operammuitos equipamentos operam com uxo de massa cruzando a fronteira. Não com uxo de massa cruzando a fronteira. Não só a energia, mas a exergia também só a energia, mas a exergia também acompa-nha este fuxo de massa para dentro e/ou para nha este fuxo de massa para dentro e/ou para fora do volume de controle.

fora do volume de controle.

A equação do balanço de exergia para A equação do balanço de exergia para volu-mes de controle é obtida com base no balanço mes de controle é obtida com base no balanço para sistemas fechados, dada pela equação para sistemas fechados, dada pela equação 77..2626,, mas modicando-a para que agregue em seu mas modicando-a para que agregue em seu conteúdo a exergia de fuxo que entra

conteúdo a exergia de fuxo que entra e que saie que sai do volume de controle. O

(10)

174

V VCC 00 VVCC j j VC VC 0 0 e e fe fe s s fs fs 00 j j d dAA TT ddVV 1 1 Q Q W W p p m m a a m m a a TT d dtt TT ddtt       = = ____ −− ____ −−__ −− __++ −− −− σσ          __ __ __ ((77..2828))

Considerando regime permanente, temos: Considerando regime permanente, temos:

0 0 j j VC VC e e fe fe s s fs fs 00 j j T T 0 0 1 1 Q Q W W m m a a m m a a TT T T   = = __  −− __ −− ++ −− −− σσ       __ __ __ ((77..2929)) Os termos

Os termos aa_fe_feee a a_fs_fsreferem-se àreferem-se àexergia específca de uxoexergia específca de uxo. Essa e. Essa exergia vale:xergia vale:

(

)

22 f f 00 00 00 w w a a hh hh TT ss ss g g · · zz 2 2 = = −− −− −− ++ ++ ((77..3030))

Quando temos uma entrada e uma saída, além de um mesmo uxo mássico – pela entrada e Quando temos uma entrada e uma saída, além de um mesmo uxo mássico – pela entrada e saída –, então a diferença de uxo pode ser escrita como:

saída –, então a diferença de uxo pode ser escrita como:

(

)

2 2 1 1 2222

(

)

f f11 ff22 11 22 00 11 22 11 22 w w ww a a a a ((h h h h ) ) T T s s s s g g z z zz 2 2 − − − − == −− −− −− ++ ++ −− ((77..3131)) 7.6

7.6

Eﬁciência exergética

A eciência exergética, neste tex

A eciência exergética, neste texto chamada deto chamada deε,ε, mede o quão ecientemente a entrada de dismede o quão ecientemente a entrada de dis- -ponibilidade energética foi aproveitada em produto nal. O valor da eciência exergética será ponibilidade energética foi aproveitada em produto nal. O valor da eciência exergética será sempre menor ou, dicilmente, igual à unidade

sempre menor ou, dicilmente, igual à unidade 11. Normalmente, o conceito de. Normalmente, o conceito deefciênciaefciência, que diz, que diz ser a mesma a razão do útil pelo gasto, é válida. Dessa forma, para

ser a mesma a razão do útil pelo gasto, é válida. Dessa forma, para turbinasturbinas, temos que o útil é, temos que o útil é a potência da turbina e o gasto é toda a exergia de uxo, ou seja, a soma da potência da turbina a potência da turbina e o gasto é toda a exergia de uxo, ou seja, a soma da potência da turbina com a exergia destruída. Em outras palavras:

com a exergia destruída. Em outras palavras:

f f1 1 f f 22 dd W W WW m m mm a a aa W W AA m m mm ε ε = = == − − + +             ( (77..3232)) Já para compre

Já para compressores e ssores e bombas, o bombas, o útil é útil é justamjustamente o esente o escoamento procoamento provocado povocado por eles, r eles, sejaseja pelo diferencial de pressão, seja pela

pelo diferencial de pressão, seja pela vazão alcançada. O gasvazão alcançada. O gasto é a to é a potência do compressorpotência do compressor. Dessa. Dessa forma, temos:

(11)

175

( (77..3333))

Repare que, como a potência é sempre Repare que, como a potência é sempre negativa para máquinas de uxo motrizes, a ef negativa para máquinas de uxo motrizes, a ef- -ciência sempre será menor do que

ciência sempre será menor do que 11..

Para trocadores de calor, existem dois Para trocadores de calor, existem dois tipos:

tipos: 1.

1. _{sem mistura.}_{sem mistura.} 2.

2. _{com mistura.}_{com mistura.}

Para trocadores de calor sem mistura, após Para trocadores de calor sem mistura, após um balanço cuidadoso, chegamos a:

um balanço cuidadoso, chegamos a:

(

)

(

)

C C f f 4 4 f f 33 C C H H ff1 1 f f 22 H H m m a a aa m m a a aa − − ε ε == − −     ( (77..3434))

Para um trocador de calor com mistura, Para um trocador de calor com mistura, misturando um ponto

misturando um ponto 11 com um ponto com um ponto22 para para se obter um ponto

se obter um ponto33, temos:, temos:

(

)

(

)

2 2 f f 3 3 f f 22 1 1 ff1 1 f f 33 m m a a aa m m a a aa − − ε ε == − −     ( (77..3535))

Exercícios resolvidos

1.

1. _{A quantidade de}_{A quantidade de}₁₁_{kg de R}_{kg de R}₁₃₄₁₃₄_{a é comprimido a partir de um est}_{a é comprimido a partir de um est}_{ado de vapor satu-}_{ado de vapor} satu-rado a

rado a--1010 °C até um estado de vapor superaquecido de °C até um estado de vapor superaquecido de 800800 kPa e kPa e5050 °C. A compres- °C. A compres-são é

são é adiabática. Consideraadiabática. Considerando Tndo T00 = = 2020 °C e p °C e p00 = = 100100 kPa, determine o trabalho e a kPa, determine o trabalho e a

destruição de exergia, ambos em kJ/ destruição de exergia, ambos em kJ/kg.kg.

Resolução

Para o trabalho, utilizamos a primeira lei da

Para o trabalho, utilizamos a primeira lei da termodinâmica:termodinâmica:

Para achar a exergia de destruição, usamos A

Para achar a exergia de destruição, usamos Add = T = T00ss, no qual, no qualss é a entropia produzida, é a entropia produzida,

obtida pelo balanço de entropia: obtida pelo balanço de entropia:

(

)

(

)

2 2 1 1 2 2 11 Q Q S S T T kJ kJ m m s s s s 1 1 kkg g 0 ,0 ,9977111 01 0,,99225533 kg kg KK kJ kJ 0,0458 0,0458 K K δ δ ∆ ∆ = = ++σσ    σ σ== −− == __ −− __ ⋅ ⋅ σ = σ =

∫

Assim: Assim:

(

)

(

)

d d E E == 22993 3 00,,00445588 d d E E ==13,42 kJ13,42 kJ

(12)

176

2.

2. _{Um tanque isolado termica-}_{Um tanque isolado}

termica-mente e rígido contém

mente e rígido contém 11 quilo- quilo-grama de hélio, inicialmente a grama de hélio, inicialmente a

100

100 kPa e kPa e2020 °C. O hélio é subme- °C. O hélio é subme-tido a um trabalho externo até tido a um trabalho externo até que sua pressão atinja

que sua pressão atinja 145145 kPa. kPa. Utilizando o modelo de gás ideal, Utilizando o modelo de gás ideal, determine o trabalho e a determine o trabalho e a destrui-ção de energia do hélio, em kJ. ção de energia do hélio, em kJ. Considere o valor de c

Considere o valor de cvv==33,,111155 kJ/ kJ/

kgK. Despreze as variações de kgK. Despreze as variações de energia cinética e potencial e energia cinética e potencial e admita T

admita T00 = =2727 °C, p °C, p00 = =100100 kPa. kPa.

Resolução

U U Q Q WW ∆ ∆ = = −− No qual: No qual:      

(

)

(

)

(

)

1 1 22 2 2 2 2 11 1 1 2 2 2 2 1 1 22 W W m m u u uu p p T T TT p p 145 145 T T 229933 100 100 T T 44225 5 KK W W m m CCv v T T TT W W 1 1 33,,11115 5 22993 3 442255 W W 441111,,2 2 KKJJ = = ⋅ ⋅ −− = = ⋅⋅__ __    = = ⋅⋅__ __    = = = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −− = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −− = − = −       2 2 p p 1 1 d d 00 d d p p m m c c llnn p p 145 145 1 3,115 ln 1 3,115 ln 100 100 KJ KJ 1,158 1,158 Kg Kg A A T T ((229933) ) ((11,,115588)) A A 333399,2,29 9 kkJJ σ σ = = ⋅ ⋅ ⋅⋅ __ __    σ σ = = ⋅ ⋅ ⋅⋅ __ __    σ = σ = = ⋅ = ⋅σ σ = = ⋅⋅ = = 3.

3. _{Um trocador de calor}_{Um trocador de calor}_operando_operando

em regime permanente admite em regime permanente admite amônia entrando como vapor amônia entrando como vapor saturado a

saturado a11,,44 MPa a uma vazão MPa a uma vazão de

de500500 g/s e saindo como líquido g/s e saindo como líquido saturado na mesma pressão. Ar saturado na mesma pressão. Ar entra em uma corrente separada entra em uma corrente separada a

a 300300 K K ee 100100 kPa, e sai a kPa, e sai a 6262 °C, °C, sem perder pressão na saída. sem perder pressão na saída. A transferência de calor entre A transferência de calor entre o trocador e suas vizinhanças, o trocador e suas vizinhanças, bem como as variações de bem como as variações de ener-gia cinética e potencial, são gia cinética e potencial, são des-prezíveis. Determine:

prezíveis. Determine:

a.

a. _{a variação da taxa de exergia de}_{a variação da taxa de exergia de}

fuxo de cada corrente, em kW. fuxo de cada corrente, em kW. b.

b. _{a taxa de destruição de exergia}_{a taxa de destruição de exergia}

no trocador de calor, em kW. no trocador de calor, em kW. Considere T

Considere T00 = =300300 K, p K, p00 = =100100 kPa. kPa.

Resolução

a.

a. _{Considerando regime perma-}_{Considerando regime}

perma-nente, trocador adiabático e sem nente, trocador adiabático e sem potência, temos:

(13)

177

b.

b. _{A variação na taxa de uxo de exergia da amônia é:}_{A variação na taxa de uxo de exergia da amônia é:}

(

)

(

)

(

)

(

)

f f22 ff11 22 11 00 22 11 f f2 2 ff11 f f22 ff11 A A A A m m h h h h T T s ss s A A A A 00,,5 5 335522, 9, 91 11 1554422, 8, 89 9 33000 0 11, 2, 299887 7 55,,11336600    − − == __ −− −− −− __    − − == __ −− −− −− __ − − ==−−    __       A A A A 3388,,773 3 kkWW E a variação na taxa de

E a variação na taxa de uxo de exergia do ar é:uxo de exergia do ar é:

c.

c. _{Em regime permanente, o balanço de exergia se reduz a:}_{Em regime permanente, o balanço de exergia se reduz a:}

(

)

(

)

V VCC 00 VVCC j j VC VC 0 0 e e fe fe s s fs fs 00 j j f f1 1 f f 2 2 a f a f 3 3 f f 4 4 dd d dAA TT ddVV 1 1 Q Q W W p p m m a a m m a a TT d dtt TT ddtt 0 0 m m a a a a m m a a a a AA       = = __  −− __ −−__ −− __++ −− −− σσ       = = −− ++ −− −−    __ __ __      Então: Então: d d f f 2 2 ff1 1 f f 4 4 f f 33 A A A A A A A A A A 3388,,773 3 3322,,6622           = = − − − − − − − − = = −−           d d A A == 6,11 kW 6,11 kW        

Síntese

Neste capítulo, apresentamos os conceitos de Neste capítulo, apresentamos os conceitos de exergia

exergia, “, “estado mortoestado morto”,”,balanço de exergiabalanço de exergia,,des- des-truição de exergia

truição de exergia, entre outros. Assim como a, entre outros. Assim como a massa, energia e a entropia, a exergia é uma massa, energia e a entropia, a exergia é uma propriedade extensiva que pode ser transferida propriedade extensiva que pode ser transferida por meio da fronteira de um sistema. A exergia por meio da fronteira de um sistema. A exergia é uma propriedade que acompanha o uxo de é uma propriedade que acompanha o uxo de massa, calor e trabalho. Assim como a massa, calor e trabalho. Assim como a entro-pia, a exergia não é conservada, podendo ser pia, a exergia não é conservada, podendo ser criada ou destruída. De forma a minimizar a criada ou destruída. De forma a minimizar a destruição de exergia, o balanço de exergia é destruição de exergia, o balanço de exergia é fundamental, pois conhecemos os processos fundamental, pois conhecemos os processos que reduzem a efciência de um sistema. que reduzem a efciência de um sistema.

Questões para revisão

1.

1. _{Determine a exergia específca do vapor}_{Determine a exergia específca do vapor}

saturado a

saturado a 120120 °C, escoando a uma velo- °C, escoando a uma velo-cidade de

cidade de 3030 m/s em uma tubulação a m/s em uma tubulação a

6

6 metros de altura. Considere um ambiente metros de altura. Considere um ambiente de referência de exergia no qual temos de referência de exergia no qual temos T

T00 = = 298298 K, p K, p00 = = 11 atm e g = atm e g = 99,,88 m/s m/s22..

2.

2. _{Um cilindro de um motor de combustão}_{Um cilindro de um motor de combustão}

interna contém

interna contém22450450 cm cm33_{de produtos gaso-}_{de produtos}

gaso-sos de combustão a uma pressão de sos de combustão a uma pressão de 77 bar bar e a uma temperatura de

e a uma temperatura de 867867 °C, imedia- °C, imedia-tamente antes da abertura da válvula de tamente antes da abertura da válvula de descarga. Determine a exergia específca descarga. Determine a exergia específca do gás, em kJ/kg. Despreze os efeitos de do gás, em kJ/kg. Despreze os efeitos de

(14)

178

movimento e gravidade e modele os movimento e gravidade e modele os produ-tos de combustão como ar na situação de tos de combustão como ar na situação de gás ideal. Admita T

gás ideal. Admita T00 = =300300 K e p K e p00 = =11,,013013 bar. bar. 3.

3. Um reservatório rígido e isolado contémUm reservatório rígido e isolado contém refrigerante R

refrigerante R134134a inicialmente como vapora inicialmente como vapor saturado a –

saturado a –2828 °C. O reservatório está equi- °C. O reservatório está equi-pado com um impelidor conectado a uma pado com um impelidor conectado a uma polia, na qual uma massa está suspensa. polia, na qual uma massa está suspensa. Conforme a massa desce uma certa Conforme a massa desce uma certa distân-cia, o refrigerante é agitado até que chegue cia, o refrigerante é agitado até que chegue a um estado em que a pressão é

a um estado em que a pressão é 11,,44 bar. bar. As únicas mudanças de estado relevantes As únicas mudanças de estado relevantes são aquelas associadas à massa suspensa são aquelas associadas à massa suspensa e ao refrigerante. A massa de refrigeran e ao refrigerante. A massa de refrigerante éte é

1

1,,1111 kg. Determine, considerando T kg. Determine, considerando T00 = =293293 K K

e p

e p00 = =11 bar: bar:

a)

a) as exergias inicial, fnal e a variação deas exergias inicial, fnal e a variação de exergia do refrigerante, todas em kJ. exergia do refrigerante, todas em kJ. b)

b) a variação de exergia da massa sus-a variação de exergia da massa sus-pensa, em kJ.

pensa, em kJ. c)

c) a variação de exergia do sistema iso-a variação de exergia do sistema iso-lado composto pelo conjunto lado composto pelo conjunto reserva-tório e polia-massa, em kJ.

tório e polia-massa, em kJ. 4.

4. Um sistema consiste emUm sistema consiste em55 kg de água a kg de água a1010 °C °C e

e 11 bar. Assinale a alternativa que indica a bar. Assinale a alternativa que indica a sua exergia, em kJ, se o sis

sua exergia, em kJ, se o sistema se encontratema se encontra em repouso e a uma altura zero, relativa ao em repouso e a uma altura zero, relativa ao ambiente de referência para exergia, para ambiente de referência para exergia, para o qual T

o qual T00==2020 °C e p °C e p00 = =11 bar. bar.

a) a) A =A =55,,3535 kJ. kJ. b) b) A =A =33,,5555 kJ. kJ. c) c) A =A =55,,5555 kJ. kJ. d) d) A =A =44,,5555 kJ. kJ. e) e) A =A =22,,5555 kJ. kJ. 5.

5. Determine a exergia, em kJ, paraDetermine a exergia, em kJ, para 00,,77 bar, bar,

90

90 °C para °C para11 kg das seguintes substâncias: kg das seguintes substâncias: a)

a) água;água; b)

b) refrigeranterefrigerante134134a;a; c)

c) ar como gás ideal e car como gás ideal e cpp constante. constante.

Em cada caso, a massa encontra-se em Em cada caso, a massa encontra-se em repouso e a uma altura zero relativa ao repouso e a uma altura zero relativa ao ambiente de referência para exergia, para ambiente de referência para exergia, para o qual T

6.

6. Determine a exergia específca, em kJ/kg,Determine a exergia específca, em kJ/kg, da água a

da água a00,,0101 °C nas condições de: °C nas condições de: a)

a) vapor saturado;vapor saturado; b)

b) líquido saturado;líquido saturado; c)

c) sólido saturado.sólido saturado.

Em cada caso, considere uma massa fxa Em cada caso, considere uma massa fxa em repouso e a uma altura zero relativa ao em repouso e a uma altura zero relativa ao ambiente de referência para exergia, para ambiente de referência para exergia, para o qual T

7

7.. Determine a exergia específca, em kJ/kg,Determine a exergia específca, em kJ/kg, de um quilograma de:

de um quilograma de: a)

a) vapor d’água saturado avapor d’água saturado a 100100 °C; °C; b)

b) água líquida saturada aágua líquida saturada a 55 °C. °C. c)

c) amônia a –amônia a –1010 °C, °C,11 bar. bar.

Em cada caso, considere uma massa fxa Em cada caso, considere uma massa fxa em repouso e uma altura zero relativa ao em repouso e uma altura zero relativa ao ambiente de referência para exergia, para ambiente de referência para exergia, para o qual T

8.

8. Um gás ideal é estocado em recipiente àUm gás ideal é estocado em recipiente à pressão

pressão p p e à temperatura e à temperaturaT T . Assim,. Assim, a)

a) se T = Tse T = T00, obtenha uma expressão para, obtenha uma expressão para

a exergia específca em termos de p, p a exergia específca em termos de p, p00,,

T

(15)

179

b)

b) se p = pse p = p00, obtenha uma expressão para, obtenha uma expressão para

a exergia específca em termos de a exergia específca em termos deT T ,,T T 00 e e

do calor específco

do calor específco c c p p, que pode ser con-, que pode ser

con-siderado constante. Ignore os efeitos siderado constante. Ignore os efeitos de movimento e da gravidade.

de movimento e da gravidade. 9

9.. Um reservatório rígido é preenchido comUm reservatório rígido é preenchido com vapor de amônia inicialmente a

vapor de amônia inicialmente a 11 bar e bar e

20

20 °C. O vapor é resfriado até que a tem- °C. O vapor é resfriado até que a tem-peratura atinja –

peratura atinja –4040 °C. Não existe trabalho °C. Não existe trabalho durante o processo. Assinale a alternativa durante o processo. Assinale a alternativa que indica a transferência de calor por que indica a transferência de calor por unidade de massa e a variação de exergia unidade de massa e a variação de exergia específca, respectivamente, para a amônia, específca, respectivamente, para a amônia, ambas em kJ/kg. Comente os resultados. ambas em kJ/kg. Comente os resultados. Considere T

Considere T00 = =2020 °C e p °C e p00 = =00,,11 MPa. MPa. a) a) ––209209,,55 e e3939,,66.. b) b) 3939,,66 e – e –209209,,55.. c) c) 209209,,55 e – e –3939,,66.. d) d) ––3939,,66 e e209209,,55.. e) e) 408408,,66 e e7979,,55.. 10.

10. Dois quilos de água sofrem um processoDois quilos de água sofrem um processo a partir de um estado inicial em que água a partir de um estado inicial em que água se encontra como vapor saturado a

se encontra como vapor saturado a 120120 °C, °C, velocidade de

velocidade de 3030 m/s e uma altura de m/s e uma altura de 66 m m até um estado fnal de líquido saturado a até um estado fnal de líquido saturado a

10

10 °C, velocidade de °C, velocidade de2525 m/s e uma altura de m/s e uma altura de

3

3 m. Determine, em kJ, as grandezas que m. Determine, em kJ, as grandezas que se seguem:

se seguem: a)

a) a exergia do estado inicial;a exergia do estado inicial; b)

b) a exergia do estado fnal;a exergia do estado fnal; c)

c) a variação de exergia.a variação de exergia. Tome T

Tome T00 = =2525 °C, p °C, p00 = =11 atm e g = atm e g =99,,88 m/s m/s22..

11.

11. Um volante com um momento de inérciaUm volante com um momento de inércia de

de66,,7474 kg · m kg · m22_{gira a}_{gira a}₃₃₀₀₀₀₀₀_{rpm. Conforme o}_{rpm. Conforme o}

volante é freiado até o repouso, sua energia volante é freiado até o repouso, sua energia cinética rotacional é totalmente convertida cinética rotacional é totalmente convertida em energia interna para o revestimento do em energia interna para o revestimento do freio. Esse revestimento tem uma massa de freio. Esse revestimento tem uma massa de

2

2,,2727 kg e pode ser tomado como um sólido kg e pode ser tomado como um sólido incompressível, com um calor específco incompressível, com um calor específco c

c == 44,,1919 kJ/kgK. Não existe troca de calor kJ/kgK. Não existe troca de calor signifcativa com as v

signifcativa com as vizinhanças.izinhanças. a)

a) Determine a temperatura final doDetermine a temperatura final do revestimento do freio, em °C, se sua revestimento do freio, em °C, se sua temperatura inicial é

temperatura inicial é 1616 °C. °C. b)

b) Determine a maior velocidade angu-Determine a maior velocidade angu-lar possível, em rpm, que poderia ser lar possível, em rpm, que poderia ser obtida pelo volante usando a obtida pelo volante usando a ener-gia armazenada no revestimento do gia armazenada no revestimento do freio após o volante ter sido freiado ao freio após o volante ter sido freiado ao repouso. Considere T

repouso. Considere T00 = =1616 °C. °C.

12.

12. Um tanque rígido e isolado contémUm tanque rígido e isolado contém 11 kg kg de argônio inicialmente a

de argônio inicialmente a2727 °C e °C e 11 bar. O bar. O Argônio é agitado por um impelidor até Argônio é agitado por um impelidor até que sua pressão atinja

que sua pressão atinja11,,22 bar. Utilizando o bar. Utilizando o modelo de gás ideal, determine o trabalho modelo de gás ideal, determine o trabalho e a destruição de e

e a destruição de exergia do argônioxergia do argônio, sem-, sem-pre em kJ. Dessem-preze variações de energia pre em kJ. Despreze variações de energia cinética e potencial e admita T

cinética e potencial e admita T00== 2727 °C e °C e

p

p00 = =11 bar. bar.

13.

13. Um kg de RUm kg de R134134a é comprimido adiabatica-a é comprimido adiabatica-mente de um estado de vapor saturado a mente de um estado de vapor saturado a –

–1010 °C até um estado fnal em que a pres °C até um estado fnal em que a pres- -são é

(16)

180

Determine o trabalho específco e a destrui Determine o trabalho específco e a destrui- -ção de exergia, ambos em kJ/kg. Considere ção de exergia, ambos em kJ/kg. Considere T

T00 = = 2020 °C e p °C e p00 = = 11 bar. bar.

14.

Água a

2525

°C,

11

bar, é extraída do lado de

uma montanha

11

km acima de um vale e

escoa através de um turbo-gerador escoa através de um turbo-gerador hidráu-lico para um outro lago situado na base do lico para um outro lago situado na base do

vale. Considerando operação em regime

permanente, assinale a alternativa que

indica o uxo mássico mínimo teórico, em indica o uxo mássico mínimo teórico, em

kg/s, para geração de

11

MW. Considere

T T00 = = 2525 °C e p °C e p00==11 bar. bar. a) a) 152152,,22 kg/s. kg/s. b) b) 201201,,99 kg/s. kg/s. c) c) 9191,,99 kg/s. kg/s. d) d) 101101,,99 kg/s. kg/s. e) e) 203203,,88 kg/s. kg/s. 15.

15.

Vapor saturado de água a

88

kPa e com

vazão mássica de

7272

,

2222

kg/s entra no con-

kg/s entra no

con-densador de uma instalação de potência

densador de uma instalação de potência

e sai como líquido saturado a

e sai como líquido saturado a 88 kPa. A cor- kPa. A cor-rente de água de resfriamento entra a rente de água de resfriamento entra a1515 °C °C e sai a

e sai a3535 °C, com uma variação desprezível °C, com uma variação desprezível

na pressão. Considerando regime

perma-nente, determine: nente, determine: a)

a) a taxa dea taxa deenergiaenergia que sai da instalação que sai da instalação com a água de resfriamento, em MW. com a água de resfriamento, em MW. b)

b) a taxa dea taxa deexergiaexergia que sai da instalação que sai da instalação com a água de resfriamento, em MW. com a água de resfriamento, em MW. Considere: T

Considere: T00 = =2020 °C e p °C e p00 = =11 bar. bar.

16.

16. A temperatura da água contida em um tan-A temperatura da água contida em um tan-que rígido e bem isolado é aumentada de que rígido e bem isolado é aumentada de 15

15

°C a

5050

°C pela passagem de corrente

elétrica através de um resistor no interior elétrica através de um resistor no interior do tanque. Determine a efciência exergé do tanque. Determine a efciência exergé

-

-tica para esse tanque. Admita que a água tica para esse tanque. Admita que a água é incompressível e que os estados do é incompressível e que os estados do resis- resis-tor e do tanque não variam. Considere T tor e do tanque não variam. Considere T00==

15 15 °C. °C. 17.

17.

Ar a

77

bar,

11000000

°C e com uma vazão más-

°C e com uma vazão

más-sica de

sica de

55

kg/s entra em uma turbina e é

expandido até

11

,

55

bar e

665665

°C. A turbina

opera em regime permanente, tendo uma opera em regime permanente, tendo uma transferência de calor desprezível para as transferência de calor desprezível para as suas vizinhanças. Admitindo modelo de gás suas vizinhanças. Admitindo modelo de gás

ideal com k =

11

,

3535

e desprezando as ener-

e desprezando as

ener-gias cinética e

gias cinética e potencial, determine:potencial, determine: a)

a) a efciência isentrópica da turbina.a efciência isentrópica da turbina. b)

b) a efciência exergética da turbina.a efciência exergética da turbina.

Questões para reﬂexão

1.

Muitas aplicações, como fogões, fornos,

secadores de roupa e aquecedores de água, secadores de roupa e aquecedores de água, oferecem uma escolha entre operação oferecem uma escolha entre operação elé-trica ou a gás. Selecione um trica ou a gás. Selecione um

eletrodomés-tico a sua escolha e realize uma análise

tico a sua escolha e realize uma análise

detalhada sobre como o aparelho funciona detalhada sobre como o aparelho funciona com cada tipo de modo de operação. Avalie com cada tipo de modo de operação. Avalie as perdas de cada um e estime qual modo as perdas de cada um e estime qual modo é o mais efciente, levando em conta uma é o mais efciente, levando em conta uma análise exergética do sistema.

(17)

181

2.

2. _{Comprar uma lâmpada hoje em dia envolve}_{Comprar uma lâmpada hoje em dia envolve}

a escolha de três tipos diferentes de a escolha de três tipos diferentes de tecno-logia: incandescente, fuorescente com logia: incandescente, fuorescente com- -pacta e a do tipo LED (

pacta e a do tipo LED (Light Emitting DiodeLight Emitting Diode).). Partindo do poder de iluminação de uma Partindo do poder de iluminação de uma lâmpada incandescente de

lâmpada incandescente de 100100 W, medida W, medida em lumens, e comparando a potência em lumens, e comparando a potência uti-lizada pelos outros tipos de lâmpada para lizada pelos outros tipos de lâmpada para conseguir o mesmo efeito de conseguir o mesmo efeito de ilumina-ção, realize uma análise geral sobre qual ção, realize uma análise geral sobre qual é o custo total anual de cada lâmpada. é o custo total anual de cada lâmpada. Considere uma utilização de

Considere uma utilização de 11000000 horas horas por ano. Pesquise, ainda, o consumo por ano. Pesquise, ainda, o consumo ener-gético na fabricação de cada uma delas. gético na fabricação de cada uma delas.

Utilizando a análise exergética, Utilizando a análise exergética, deter-mine qual lâmpada será utilizada em mine qual lâmpada será utilizada em 20202020.. Justi

Justifque sua respofque sua resposta.sta.

Para saber mais

Para saber mais sobre análise exergética, Para saber mais sobre análise exergética, acesse o seguinte

acesse o seguintesitesite e assista ao vídeo e assista ao vídeo (áudio(áudio em inglês):

em inglês): MIT –

MIT – Massachusetts Institute Massachusetts Institute of Technof Technology.ology. The Second Law and Energy Panel

The Second Law and Energy Panel. Disponível. Disponível em: em: <http://video.mit.edu/watch/the-second-

law-and-energy-panel-law-and-energy-panel-92859285>. Acesso em:>. Acesso em:22 set. set.

2015 2015..

(18)

(19)

183

183 ﬁnais

ﬁnais

A termodinâmica está em constante evolução, seja ela técnica, A termodinâmica está em constante evolução, seja ela técnica,

vol-tada a aplicações industriais e de

tada a aplicações industriais e de engenharia, seja clássica, voltadaengenharia, seja clássica, voltada ao estudo e ao desenvolvimento de novas teorias.

ao estudo e ao desenvolvimento de novas teorias.

Atualmente, o grande ramo da termodinâmica amplamente Atualmente, o grande ramo da termodinâmica amplamente estudado é a

estudado é a análise exergética de sistemas, ou seja, a análise exergética de sistemas, ou seja, a otimizaçãootimização de sistemas por meio da redução da entropia gerada em sistemas. de sistemas por meio da redução da entropia gerada em sistemas.

Na apresentação desta

Na apresentação desta obra, questionamos sobre o porquê deobra, questionamos sobre o porquê de estudarmos a termodinâmica, elaborando a hipótese de que ela estudarmos a termodinâmica, elaborando a hipótese de que ela seria o estudo da energia e dos meios pelo qual ela é utilizada para seria o estudo da energia e dos meios pelo qual ela é utilizada para melhorar a qualidade de vida do ser humano. Após o

melhorar a qualidade de vida do ser humano. Após o estudo com-estudo com-pleto, percebemos que o pensamento parece estar mesmo correto. pleto, percebemos que o pensamento parece estar mesmo correto. Em um mundo cada vez mais preocupado com questões Em um mundo cada vez mais preocupado com questões ambientais e de sustentabilidade, criar e projetar sistemas com ambientais e de sustentabilidade, criar e projetar sistemas com baixo impacto ambiental, que promovam uma maior potência baixo impacto ambiental, que promovam uma maior potência gerada com menos recursos ambientais ou menor consumo gerada com menos recursos ambientais ou menor consumo ener-gético para benefciar o ser humano, é algo que mexe com a comu gético para benefciar o ser humano, é algo que mexe com a comu- -nidade acadêmica e científca.

nidade acadêmica e científca.

Na geração de potência, a termodinâmica está agora Na geração de potência, a termodinâmica está agora preo-cupada em

cupada em reunir esforços reunir esforços para a para a geração de potência por geração de potência por meiomeio de energias renováveis, como a biomassa, o biodiesel ex

de energias renováveis, como a biomassa, o biodiesel extraído detraído de algas, as chaminés solares, as usinas térmicas fotovoltaicas e algas, as chaminés solares, as usinas térmicas fotovoltaicas e ter-mossolares, os ciclos de Rankine orgânico, a otimização de mossolares, os ciclos de Rankine orgânico, a otimização de com- com-bustores para ciclos de geração de potência a gás, a melhoria na bustores para ciclos de geração de potência a gás, a melhoria na efciência de caldeiras para geração de vapores, entre outras. efciência de caldeiras para geração de vapores, entre outras.

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184 a potência para um consumo igual ou inferior de combustível, ao

a potência para um consumo igual ou inferior de combustível, ao

mesmo tempo que o tamanho e o peso dos motores é reduzido. mesmo tempo que o tamanho e o peso dos motores é reduzido. Motores do tipo

Motores do tipo stirlingstirling, que usam combustão externa, voltaram, que usam combustão externa, voltaram a ser alvo de pesquisas, pois podem utilizar a energia solar ou a a ser alvo de pesquisas, pois podem utilizar a energia solar ou a

energia de rejeitos industriais para a geração de potência auxiliar,

aumentando a efciência da planta e reduzindo a pressão ambiental. aumentando a efciência da planta e reduzindo a pressão ambiental. Podemos mencionar ainda que, na refrigeração, novos sistemas Podemos mencionar ainda que, na refrigeração, novos sistemas

requerem a utilização de gases liquefeitos, seja para

requerem a utilização de gases liquefeitos, seja para o transporte,

o transporte,

seja para a criogenia. Isso exige a utilização da termodinâmica em

áreas como a de liquefação de gases, a criogenia para medicina e

para a engenharia de alimentos, a pirólise (conversão de

combus-tíveis sólidos em líquidos ou gasosos) etc.

tíveis sólidos em líquidos ou gasosos) etc.

É claro que a refrigeração ainda está evoluindo em termos de

baixo consumo. Mas é justamente por isso que devemos pensar baixo consumo. Mas é justamente por isso que devemos pensar sobre o uso e o desenvolvimento de compressores com inversor de sobre o uso e o desenvolvimento de compressores com inversor de

frequência para a redução do consumo energético, sobre a

aplica-ção de novos componentes para a ref

ção de novos componentes para a refrigeração por absorção, comorigeração por absorção, como

o uso de soluções de brometo de lítio (BrLi) na refrigeração e no

condicionamento de ar movido por energia solar. Tudo isso também condicionamento de ar movido por energia solar. Tudo isso também

é foco dessa nova onda de estudos da termodinâmica.

Além da geração de potência e de refrigeração, o uso da Além da geração de potência e de refrigeração, o uso da ter-modinâmica está avançando na

modinâmica está avançando na área médica, no desenvolvimentoárea médica, no desenvolvimento de novos órgãos artifciais, cada vez mais compatíveis com o corpo de novos órgãos artifciais, cada vez mais compatíveis com o corpo

humano, como corações, pulmões, rins etc.

Tomando por base os novos desafos da termodinâmica, apre Tomando por base os novos desafos da termodinâmica, apre

-

-sentamos neste livro as ferramentas básicas para que o estudante sentamos neste livro as ferramentas básicas para que o estudante possa se aventurar neste novo mundo, tendo o embasamento possa se aventurar neste novo mundo, tendo o embasamento necessário para prosseguir nos estudos e, de repente, ajudar a necessário para prosseguir nos estudos e, de repente, ajudar a comunidade científca a mudar o mundo para melhor!

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