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Eficiência energética e Exergia
Professor: Benedito Antônio LucianoAlunos: Bruno Raphael Stênio Tenório
Gustavo Barbosa GalindoItalo Roger Ferreira Moreno Pinheiro da SilvaLuís Otávio OiticicaRubem Soares
Universidade Federal de Campina GrandeCentro de Engenharia Elétrica e InformáticaDepartamento de Engenharia ElétricaGerenciamento de Energia – 2011.1
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Sumário
• Introdução• Objetivos• Exergia• Eficiência Exergética• Bibliografia
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Introdução
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Objetivos
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EXERGIAItalo Roger da Silva
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Exergia
• Definição:“A exergia é definida como a quantidade
máxima de trabalho que um sistema pode desenvolver quando é trazido para um estado de equilíbrio termodinâmico com o ambiente (KOTAS, 1985)”. O estado do ambiente é usualmente chamado de estado de referência.
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Exergia
• Exergia– Máxima energia que é conversível em outra forma
de energia em determinada condições termodinâmicas;
– Grandeza que permite avaliar a conversibilidade da energia.
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Exergia
• Considerações– O trabalho sempre é conversível em qualquer
outra forma de energia; o calor não;– Em todos processos reais de conversão de energia,
sempre haverá uma parcela de energia térmica como produto;
– O aumento da entropia corresponde à diminuição da exergia.
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Exergia
• Segundo Carnot (1824):“Para haver conversão contínua de calor
em trabalho, um sistema deve realizar ciclos entre fontes quentes e frias, continuamente. Em cada ciclo, é retirada uma certa quantidade de calor da fonte quente (energia útil), que é parcialmente convertida em trabalho, sendo o restante rejeitado para a fonte fria (energia dissipada)”
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Exergia
• Qualidade da energia:“Capacidade de conversão em trabalho,
que pode ser fornecida pela energia, para parcela útil dos fluxos energéticos”, denominação sugerida por Zoran Rant (1956).
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Exergia
• Analogia do tubo de creme dental:
FONTE: (GÜNTHER, 2006)
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Exergia
• Analogia do tubo de creme dental:– Apertar o tubo: conduzir o processo;– Saída do creme dental: degradação da exergia;– Aumento das depressões: aumento da entropia;– Ao fim todo creme (toda energia) for utilizado(a)
só existirá o tubo em si.
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Exergia
FONTE: (GÜNTHER, 2006)
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Exergia
• Exergia pode ser calculada pela expressão:
onde: U, V, S e Ni são: energia interna, volume, entropia e número de moles do sistema. O índice eq referencia os parâmetros U, V, S e Ni nas condições de equilíbrio termodinâmico com o ambiente. Enquanto, P0, T0 e µ0 são: pressão, temperatura e potencial químico referenciados nas condições ambientais que é conduzido o processo (GÜNTHER, 2006).
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Exergia
• Principal vantagem do conceito de exergia:– Oferecer meios para se calcular as
irreversibilidades associadas aos processos.
onde: α: fração da energia convertível em trabalho útil.
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Exergia
• Análise exergética:– Análise complementar a análise energética;– Encontrar as causas das perdas de qualidade da
energia dos processos térmicos;– Estimar a magnitude das perdas.
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Exergia
• Análise exergética:– Maximizar o objetivo de um uso mais eficiente de
energia;– Informar o quanto de potencial de trabalho útil
fornecida foi consumida (perdida) no processo.
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Exergia
• Teorema de Gouy-Stodola (1910):– Irreversibilidade no âmbito da exergia fornece
uma medida quantitativa geral da ineficiência do processo.
,
onde: Sgerada compreende a parcela da entropia gerada de magnitude proporcional às perdas do processo e T0 a temperatura ambiente.
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Exergia
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Eficiência Exergética
• Fornece uma indicação do grau de perfeição termodinâmica do processo.
• A definição de eficiência exergética deve ser indicativa tanto do ponto de vista termodinâmico como do econômico.
• Deve-se impor um limite para eficiência exergética, tendo em vista o investimento necessário para a realização de melhorias no desempenho do sistema térmico.
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Eficiência Exergética
• Proposto por Bosnjakovic em 1938, o rendimento exergético:
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Efieciência Exergética
• Exemplo do chuveiro elétrico.– Dados: • Potência do chuveiro:• Vazão da água:• Massa específica da água:• Calor específico da água:• Temperatura de entrada no chuveiro:• Temperatura da saída no chuveiro:
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Eficiência Exergética
• Eficiência energética do chuveiro:
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Eficiência Exergética
• Eficiência exergética do chuveiro:
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Eficiência Exergética
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Eficiência Exergética
• A redução das irreversibilidades ou destruição de exergia implicaria em uma utilização mais racional dos recursos energéticos, além da consequente redução de emissão de efluentes para o meio ambiente (SANTANA, TORRES e GOMES, 2002).
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Eficiência Exergética
• Alguns métodos para melhorar a utilização dos recursos energéticos:– Co-geração;– Recuperação de potencial;– Recuperação de calor rejeitado.
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Eficiência Exergética
“Exergia é uma intersecção entre energia, meio ambiente e desenvolvimento sustentável (ROSEN e DINCER, 2001) ”.
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Obrigado!Dúvidas?
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Bibliografia• GÜNTHER, F., 2006. Disponível em:
<http://www.holon.se/folke/kurs/Distans/Ekofys/fysbas/exergy/exergybasics.shtml>. Acesso em: 05 Junho 2011.
• KOTAS, T. J. The Exergy method of Thermal Plant Analysis. [S.l.]: Butterworths, 1985.
• FÁBREGA, F. D. M. Otimização termoeconômica de sistemas de refrigeração do processo de produção de etileno e propileno. Campinas: BAE - Unicamp, 2010.
• ROSEN, M. A.; DINCER, I. Exergy as the Confluence of Energy, Environment and Sustainable Development. Exergy International Journal, v. I, n. 1, p. 3-13, 2001.
• SANTANA, G. C. S.; TORRES, E. A.; GOMES, R. A. E. S. Estado da arte da análise energética e exergética em sistemas de cogeração para empresas do setor terciário. II Congresso Nacional de Engenharia Mecânica. João Pessoa: [s.n.]. 2002.