03. Energia, Transferência de energia e análise geral da energia Termodinâmica Prof. Eng. Marcelo Silva, M. Sc.

introdução Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

introdução Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

introdução Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

introdução Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

introdução Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

introdução Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Balanço de energia Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Sistemas estacionários A maioria dos sistemas encontrados na prática são estacionários, ou seja, não sofrem variação da velocidade (energia cinética) e da altura (energia potencial) durante o processo. Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Exemplo 01 Um tanque rígido contém um fluido quente que é resfriado enquanto é agitado por uma hélice. Incialmente, a energia interna do fluido é de 800 kJ. Durante o processo de resfriamento, o fluido perde 500 kJ de calor, e a hélice realiza 100 kJ de trabalho no fluido. Determine a energia interna final do fluido. Despreze a energia armazenada há hélice. Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Exemplo 02 O movimento de uma esfera de aço no semiglobo de raio h mostrado na Figura 2-51 deve ser analisado. Inicialmente, a esfera é mantida na posição mais alta (no ponto A) sendo, em seguida, liberada; Obtenha relações para o balanço de energia da esfera nos casos de movimento sem atrito e real (considerando o atrtio) Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Eficiência da conversão de energia 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖ê𝑛𝑐𝑖𝑎= 𝑅𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑑𝑜 𝐷𝑒𝑠𝑒𝑗𝑎𝑑𝑜 𝐹𝑜𝑟𝑛𝑒𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑁𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠á𝑟𝑖𝑜 Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Exemplo 03 A eficiência dos fogões afeta a carga térmica do ambiente em que se encontra, uma vez que um fogão ineficiente consome uma quantidade maior de energia para realizar a mesma tarefa, e a energia excedente consumida aparece como calor no ambiente. A eficiência dos fogões abertos é determinada como 73% para as unidades elétricas e 38% para as unidades a gás. Considere um fogão elétrico de 2kW em uma localidade na qual os custos da eletricidade e do gás natural são de $0,09/kwh e $0,55/therm, respectivamente. Determine a taxa de consumo de energia e o custo unitário de energia utilizada pelos fogões elétrico e a gás. Dados: 1 therm = 29,3 kWh Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Eficiência mecânica 𝑛 𝑚𝑒𝑐 = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑐â𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎í𝑑𝑎 ( 𝑒𝑚 𝑠 ) 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑐â𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 ( 𝑒𝑚 𝑒 ) = 𝑒𝑚 𝑒 − 𝑒𝑚 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑚 𝑒 =1 − 𝑒𝑚 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑚 𝑒 Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Motor e gerador Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Eficiência elétrica-mecânica Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Exemplo 04 A água de um grande lago deve ser utilizada para gerar eletricidade, por meio da instalação de um conjunto gerador turbina hidráulica em um local onde a profundidade da água é de 50 m. A água deve ser fornecida à razão de 5000 kg/s. Se a potência elétrica gerada medida é de 1862 kW e a eficiência do gerador é de 95%, determine (a) a eficiência global do conjunto gerador-turbina, (b) a eficiência mecânica da turbina e (c) a potência de eixo fornecida pela turbina ao gerador. Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Exemplo 05 Um motor de 60 hp (um motor que fornece 60 hp de potência de eixo em plena carga e eficiência de 89% está desgastado e deve ser substituído por um motor de alta eficiência é de 93,2%. O motor opera 3500 horas por ano em plena carga. Sendo o custo da eletricidade $ 0,08/kWh, determine a quantidade de energia e a economia de custos resultantes da instalação do motor de alta eficiência em vez de um motor padrão. Além disso, determine o período de recuperação do investimento se os preços dos motores padrão e de alta frequência forem $ 4250 e $ 5160, respectivamente. Dado: 745,7 kW = 1 hp. Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Exercício 01 Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Exercício 02 Prof. Marcelo Silva, M. Sc.

Exercício 03 Prof. Marcelo Silva, M. Sc.