O documento discute os conceitos de sustentabilidade, fluxo e circulação de matéria e energia, e a análise exergetica de processos. A sustentabilidade é definida como "suprir as necessidades da geração presente sem afetar a habilidade das gerações futuras de suprir as suas". O documento também discute os princípios da termodinâmica e como eles se aplicam à análise de sistemas e processos.
1. SUSTE NTA BIL I
DA DE
"suprir as necessidades da geração presente sem afetar a
habilidade das gerações futuras de suprir as suas"
Relatório de Brundtland - 1987
4. COMO MANTER O NOSSO ESTILO DE VIDA?
Todo produto, não importa de que material seja feito,
madeira, vidro, plástico, metal ou qualquer outro
elemento, provoca um impacto no meio ambiente, seja
em função de seu processo produtivo, das matérias-
primas que consome, ou devido ao seu uso ou disposição
final.
(CHEHEBE, 1998)
12. ENERGIA SOLAR
O sol gera uma quantia de 3,94 x 1023 kW todo o dia, alcançando
temperaturas de 5.700 graus Celsius. Essa energia é irradiada e leva
aproximadamente 8 minutos para cobrir seus 129 milhões de km de jornada
até nos alcançar aqui na Terra. A energia total que atinge a superfície da
Terra é de aproximadamente 80.000 x 1012W, o que corresponte 10.000
vezes a demanda de energia global atual.
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/5534/newpage13.htm
17. A Termodinâmica é a parte da Termologia (Física) que estuda os
fenômenos relacionados com trabalho, energia, calor e entropia,
e as leis que governam os processos de conversão de energia.
Apesar de todos nós termos um sentimento do que é energia, é
muito difícil elaborar uma definição precisa para ela.
Na verdade a Física aceita a energia como conceito primitivo,
sem definição, ou seja, apenas caracterizando-a.
18. A Lei Zero da Termodinâmica determina que, quando
dois corpos têm igualdade de temperatura com um
terceiro corpo, eles têm igualdade de temperatura
entre si. Esta lei é a base para a medição de
temperatura.
19. A Primeira Lei da Termodinâmica fornece o
aspecto quantitativo de processos de
conversão de energia.
A variação da energia interna de um sistema
é igual à diferença entre o calor e o trabalho
trocados pelo sistema com o meio exterior.
DU = Q - W
21. A Segunda Lei da Termodinâmica
determina o aspecto qualitativo de
processos em sistemas físicos, isto é, os
processos ocorrem numa certa direção
mas não podem ocorrer na direção oposta.
22. A Terceira Lei da Termodinâmica
estabelece um ponto de referência
absoluto para a determinação da entropia,
representado pelo estado derradeiro de
ordem molecular máxima e mínima
energia. Enunciada como "A entropia de
uma substância cristalina pura na
temperatura zero absoluto é zero".
28. FLUXO & CIRCULAÇÃO
É essencial instalar uma bomba para permitir que o fluido
circule
29. Os quatro componentes necessários para um
PROCESSO "CICLICO"
Ter um fonte quente;
Confinar o fluido em
um espaço confinado;
Ter uma fonte fria;
Ter uma bomba.
SUSTENTABILIDADE
30. PROCESSO SUSTENTÁVEL NA CONSTRUÇÃO
Ciclo de
Vida
É essencial desenvolver um agente equivalente a uma
bomba
31. EXERGI
A
O que realmente é consumido nos processos
32. Energia e Matéria são dispersadas, mas o total
da energia e da matéria é conservado
Deposição de
Extração Fonte de Energia calor residual
de Trabalho
33. Energia é conservada
através da completa
transferência de energia
Então, o significa
questão energética?
34. Matéria é conservada
através da completa
difusão de massa
Qual o interesse além da
conservação da massa?
38. Equação de Balanço Exergético
[Entrada de Exergia]
– [Exergia Consumida]
= [Exergia Armazenada] +
[Exergia Saída]
39. Exergia e o Balanço Exergético
●
Exergia é a parte "aproveitada" da energia.
●
Há 4 componentes:
– Exergia cinética do movimento do corpo;
– Diferenças entre campos electo-magnéticos ou potencial
gravitacional;
– Exergia física da diferença de pressão e
temperatura;
– Exergia química resultante das diferenças de
composição química.
●
Nós podemos ignorar as duas primeiras para a maioria
das aplicações industriais e econômicas.
40. Exergia ou "Trabalho Disponível"
●
Então, nem toda energia pode tornar-se disponível para ser
usada (consequência da 2a. lei).
• Trabalho disponível é uma medida de energia que é
realmente consumida no processo.
●
Trabalho de maior qualidade (menor entropia) é um tipo de
energia. E geralmente é chamado de exergia.
●
A exergia ou disponibilidade energética de um sistema
termodinâmico, num dado estado, é definida como o
trabalho máximo que se pode obter levando-se o sistema ao
estado de equilíbrio com o ambiente, num processo
reversível.
●
Num processo real (irreversível) , há, um saldo de trabalho
não realizável, que dá uma medida da irreversibilidade do
processo.
41. Exergia ou "Trabalho Disponível"
Exergia é proporcional a produção de entropia produzida,
mas tem unidades de energia.
Exergia é ganha ou perdida em processos físicos.
Minimizar o consumo de exergia é um objetivo mensurável
para otimizar o consumo de energia.
Sustentabilidade é um conceito sistémico, relacionado com a continuidade dos aspectos económicos, sociais, culturais e ambientais da sociedade humana. Propõe-se a ser um meio de configurar a civilização e actividade humanas, de tal forma que a sociedade, os seus membros e as suas economias possam preencher as suas necessidades e expressar o seu maior potencial no presente, e ao mesmo tempo preservar a biodiversidade e os ecossistemas naturais, planejando e agindo de forma a atingir pró-eficiência na manutenção indefinida desses ideais. A sustentabilidade abrange vários níveis de organização, desde a vizinhança local até o planeta inteiro. Para um empreendimento humano ser sustentável, tem de ter em vista 4 requisitos básicos. Esse empreendimento tem de ser: * ecologicamente correcto; * economicamente viável; * socialmente justo; e * culturalmente aceito. Colocando em termos simples, a sustentabilidade é prover o melhor para as pessoas e para o ambiente tanto agora como para um futuro indefinido. Isso é muito parecido com a filosofia dos nativos dos Estados Unidos, que diziam que os seus líderes deviam sempre considerar os efeitos das suas acções nos seus dependentes após sete gerações futuras. O termo original foi "desenvolvimento sustentável," um termo adaptado pela Agenda 21, programa das Nações Unidas. Algumas pessoas hoje, referem-se ao termo "desenvolvimento sustentável" como um termo amplo pois implica em desenvolvimento continuado, e insistem que ele deve ser reservado somente para as actividades de desenvolvimento. "Sustentabilidade", então, é hoje em dia usado como um termo amplo para todas as actividades humanas. Em economia, crescimento sustentável consiste no aumento de ganhos reais (ajustados à inflação) ou de produção que possam ser sustentadas por longos períodos de tempo.
Um processo fascinante acontece diariamente no espaço. Dentro do sol, massa é convertida diretamente em energia pelo processo de fusão nuclear onde quantias pequenas de massa geram uma quantia enorme de energia. Este potencial é ilustrado pela famosa lei de Einstein E = mc2, onde E é a quantia de energia criada, m é a massa da matéria destruída e c é uma constante de valor 300.000km/h - a velocidade de luz. De fato, o sol gera uma massiva quantia de 3.94 x 10 a 23 kW todo o dia, alcançando temperaturas de 5.700 graus Celsius. Essa energia é iradiada e leva aproximadamente 8 minutos para cobrir seus 129 milhões de kilometros de jornada até nos alcançar aqui na Terra. A energia total que atinge a superfície da Terra é de aproximadamente 80.000 x 10a12W, o que corresponte 10.000 vezes a demanda de energia global atual.
Vulgarmente chamado de Lei de Entropia, afirma que embora seja possível transformar Totalmente qualquer tipo de energia em Calor, não é possível transformar Calor Totalmente em qualquer outra forma de energia, pois parte dela volta a ser Calor. Todas as formas de energia tendem a se converter em Calor, que é um estado de vibração molecular da matéria, e também é a forma mais degradada de energia. Esse estado de movimento das partículas é totalmente desordenado, sendo chamado de ENTROPIA. Sendo assim num sistema fechado, a tendência geral da desordem molecular, Entropia, não pode diminuir. Embora tal possa ocorrer em partes do sistema. Ou seja, num SISTEMA FECHADO, a Entropia que caracteriza o Calor não pode diminuir, e sim manter-se constante ou aumentar devido a outras formas de energia se transformarem em Calor.
Exergy is the useful part of the energy. There are 4 components: Kinetic exergy of bulk motion Potential gravitational or electro-magnetic field differentials Physical exergy from temperature and pressure differentials Chemical exergy arising from differences in chemical composition. We can ignore the first two for many economic and industrial applications.
Available work is an energy measure that is actually consumed in a process. It is often called exergy, (essergy, negentropy). DEFINITION: The maximum amount of work that a subsystem can do on it’s surroundings as it approaches thermodynamic equilibrium reversibly. Needs careful definition of the reference environment and the subsystem (refer to last weeks lecture). There is an upper limit to the amount of ordered work energy that cen be produced from thermal energy at a temperature t1 in a setting of ambient temperature t2. Exergy is proportional to the future entropy production, but has units of energy. There is no such thing as an entropy meter. There are however methods to measure energy content, and this cen be related to the exergy content. Exergy can be gained or lost in physical processes. Exergy can be accumulated – it can be stored in mineral ores or fossil fuels. Exergy inflows and outflows to and from any subsytem are defineable and measurable. Exergy is a measure of the ‘distinguishability’ of a subsystem (i.e. a material) from it’s surroundings. Minimising exergy consumption is a measureable objective to optimise energy consuming tasks.
