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Energia oculta em ciclos termodinâmicos: você sabe quanto calor residual resta após a queima do combustível?
No contexto actual de crescente procura de energia, a eficiência de combustível tornou-se uma importante área de investigação. A eficiência de conversão de energia, isto é, a relação entre a energia útil de saída de uma máquina e a energia de entrada, tornou-se uma questão central na utilização de energia. Dependendo da natureza dos diferentes resultados, esta relação pode abranger formas como energia química, elétrica, trabalho mecânico, luz (radiação) ou calor. Porém, durante o processo de combustão do combustível, uma grande quantidade de energia térmica é inevitavelmente desperdiçada, o que nos faz pensar em quanta energia oculta não é aproveitada nesses processos?
A compreensão da eficiência da conversão de energia depende da utilidade do resultado. A energia térmica produzida pela queima de combustível provavelmente se tornará calor residual rejeitado se não for utilizada para o trabalho desejado.
Conversão de energia e sua eficiência
A eficiência de conversão de energia (η) está intimamente relacionada à utilidade de diferentes fontes de energia. De modo geral, essa relação varia entre 0 e 1, sendo que quanto mais próximo de 1 indica uma conversão mais eficiente. Um exemplo disso é uma lâmpada que converte energia elétrica em energia luminosa, mas não converte toda a energia elétrica em luz de forma eficiente e parte da energia é perdida na forma de calor.
Vale ressaltar que existe uma diferença entre eficiência energética e eficácia. A eficiência descreve apenas a taxa de conversão física, enquanto a eficácia se concentra mais na realização de tarefas ou no alcance de metas.
Eficiência de conversão química
Durante uma mudança química, a mudança de energia livre de Gibbs pode ser usada para avaliar a energia mínima necessária ou a energia máxima que pode ser obtida. Por exemplo, uma célula de combustível ideal pode produzir o equivalente a 0,06587 kWh de energia elétrica sob condições de operação de 25°C, e o processo requer a remoção do equivalente a 0,01353 kWh de energia térmica para manter a reação.
Ao compreender os ciclos termodinâmicos, deve-se notar que, sob as condições experimentais definidas e os requisitos de energia de entrada, a eficiência energética real muitas vezes não consegue atingir totalmente o valor máximo teórico.
Valor calorífico e eficiência do combustível
Em lugares como a Europa, a energia disponível de um combustível é geralmente calculada usando o poder calorífico inferior (LHV). Este valor pressupõe que o vapor produzido após a queima do combustível não condensa, portanto seu calor latente não é levado em consideração. Porém, nos Estados Unidos e outras regiões, é utilizado o alto poder calorífico (HHV), que inclui o calor latente, evitando que a eficiência máxima ultrapasse 100%. A complexidade destes cálculos e as diferenças nos seus resultados ilustram o verdadeiro desafio da eficiência energética dos combustíveis.
Medição de eficiência em sistemas de iluminação
Em sistemas ópticos, a eficiência de conversão de energia, muitas vezes chamada de "eficiência de parede", é a razão entre a energia radiante de saída (watts) e a energia elétrica total de entrada. Além disso, a eficiência luminosa considera ainda a sensibilidade do olho humano a diferentes comprimentos de onda, e os dois parecem ser muito diferentes, porque a eficiência da tomada visa apenas a conversão direta de energia, enquanto a eficiência luminosa reflete a percepção visual do ser humano. desempenho ocular.
Devido à forte percepção das ondas de luz azul e verde, a eficiência luminosa de muitos sistemas de iluminação é muitas vezes maior do que a eficiência da tomada de parede, fazendo-nos repensar a real eficácia dos equipamentos de iluminação.
Vários fatores que afetam a conversão de energia
Sabe-se que muitos fatores afetam a eficiência da conversão de energia, incluindo, entre outros, o projeto do equipamento e a seleção de materiais. Durante cada processo de conversão, a energia é frequentemente perdida na forma de calor ou outras formas de perda, seja no brilho de uma luz, no resfriamento de uma geladeira ou na conversão de energia em um veículo.
Conclusão
A combustão de combustível e o subsequente desperdício de energia é um tópico extremamente importante na ciência energética. No futuro desenvolvimento tecnológico, precisamos de utilizar estas energias ocultas de forma mais eficaz e encontrar formas de melhorar a eficiência da conversão de energia. À medida que os preços dos combustíveis flutuam e surgem questões ambientais, como enfrentaremos os desafios energéticos futuros?
