Eficiência em Processos Vimos que para um ciclo, no caso um motor térmico, a eficiência é dada por: η térmica W resultante Q H Entretanto, para um processo a definição de eficiência envolve uma comparação entre o desempenho real do equipamento em questão operando sob certas condições e o desempenho que seria alcançado num processo ideal. Neste ponto, percebe-se que a segunda lei da termodinâmica tem como aplicação preponderante a definição do processo ideal. Metodologia para a avaliação da eficiência de um equipamento que realiza um processo: Reconhecimento das variáveis de projeto Reconhecer o processo ideal correspondente Reconhecer a relação entre a energia oferecida e as irreversibilidades associadas ao processo
Diagrama Entalpia x Entropia (diagrama de Mollier):
Exemplos: 1- Turbina variáveis de projeto: P e, T e e P s processo ideal correspondente: processo adiabático reversível (isentrópico) relação entre a energia oferecida e as irreversibilidades associadas ao processo: O fluido de trabalho fornece a energia e a turbina (V.C.) entrega trabalho líquido positivo; parte da energia do fluido se perde. Assim: η turbina w w a s trabalho real trabalho que seria realizado num processo reversível adiabático entre o estado de entrada e a pressão de exaustão da turbina
Considera-se um processo em regime permanente, onde podemos desprezar a transferência de calor entre a turbina e a vizinhança, bem como qualquer variação da energia cinética e potencial. Com estas hipóteses, as equações da conservação da massa e a primeira lei para volume de controle levam à seguinte expressão para o trabalho por unidade de massa escoando pela turbina: w a h 1 h 2
2- Compressor adiabático variáveis de projeto: P e, T e e P s processo ideal correspondente: processo adiabático reversível (isentrópico) relação entre a energia oferecida e as irreversibilidades associadas ao processo: O compressor (V.C.) recebe trabalho líquido negativo e transfere energia para o fluido de trabalho; parte do trabalho oferecido se perde, i.e., o consumo real de trabalho é maior que o consumo de trabalho num processo isoentrópico Assim: equivalente. η compressor adiabático w w s a Supondo: Q EC EP A 1a lei para V.C. fornece: w a h 2 h 1 0
3- Bocal variáveis de projeto: P e, T e e P s processo ideal correspondente: processo adiabático reversível (isentrópico) relação entre a energia oferecida e as irreversibilidades associadas ao processo: Parte da energia cinética do fluido de trabalho, ao passar pelo bocal (V.C.), é dissipada devido a fricção. Assim: η bocal V V 2 a 2 s 2 2 Observe que a eficiência de um dispositivo que envolve um processo (em lugar de um ciclo) envolve a comparação entre o desempenho real e o que seria obtido em um processo ideal relacionado e bem definido
Exemplo 1 Uma turbina a vapor opera em regime permanente com as seguintes condições de entrada: p 1 5 bars, T 1 320 o C. Não há transferência de calor significativa entre a turbina e a vizinhança, e as variações da energia cinética e potencial entre a entrada e a saída são desprezíveis. Se a eficiência isentrópica da turbina é 75%, determine o trabalho desenvolvido por unidade de massa de vapor escoando pela turbina, em kj/kg.
Exemplo 2 Vapor entra num bocal operando em regime permanente a p 1 1,0 MPa e T 1 320 o C com uma velocidade de 30 m/s. A pressão e a temperatura na saída são p 2 0,3 MPa e T 2 180 oc. Não há transferência de calor significativa entre o bocal e a vizinhança, e a variação da energia potencial entre a entrada e a saída é desprezível. Determine a eficiência do bocal.