Human societies may be modeled as very large complex systems involving multiple flows of energy and materials between different sectors. Traditional exergy analysis methods are inadequate for the analysis of such systems because they do not take non-energetic flows into account. Extended exergy analysis (EEA) allows for the inclusion of exergetic equivalents of such non-energetic quantities as labor, capital and the costs of environmental remediation. The economy is divided into seven sectors reflecting the organization of economic data reported by Statistics Canada. A model of the structural connectivity of the economy in terms of exchanges between sectors is constructed using economic data generated by Statistic Canada. Energy, exergy, and extended exergy efficiencies are calculated for each sector of the economy of Nova Scotia and compared with those of Norway, China, Italy, and the UK to identify similarities and differences between the composition and performance of sectors around the world.

Refrigeration systems, air-conditioning units and heat pumps have been recognized as indispensable machines in human life, and are used for e.g. food storage, provision of thermal comfort. These machines are dominated by the vapor compression refrigeration system and consume a large percentage of world-wide electricity output. Moreover, CO2 emissions related to the heating and cooling processes contribute significantly to the total amount of CO2 emission from energy use. The ejector refrigeration system (ERS) has been considered as a quite interesting system that can be driven by sustainable and renewable thermal energy, like solar energy, and low-grade waste heat, consequently, reducing the electricity use. The system has some other remarkable merits, such as being simple and reliable, having low initial and running cost with long lifetime, and providing the possibility of using environmentally-friendly refrigerants, which make it very attractive. The ERS has received extensive attention theoretically and experimentally. This thesis describes in-depth investigations of vapor ejectors in the ERS to discover more details. An ejector model is proposed to determine the system performance and obtain the required area ratio of the ejector by introducing three ejector efficiencies. Based on this ejector model, the characteristics of the vapor ejector and the ERS are investigated from different perspectives. The working fluid significantly influences the ejector behavior and system performance as well as the ejector design. No perfect working fluid that satisfies all the criteria of the ERS can be found. The performance of nine refrigerants has been parametrically compared in the ERS. Based on the slope of the vapor saturation curve in a T-s diagram, the working fluids can be divided into three categories: wet, dry and isentropic. A wet fluid has a negative slope of the vapor saturation curve in the T-s diagram. An isentropic expansion process from a saturated vapor state will make the state after the expansion to fall inside the liquid-vapor area of the T-s diagram which will result in droplet formation. Generally, an isentropic expansion for a dry fluid will not occur inside the liquid-vapor area, and consequently no droplets will form. An isentropic fluid has a vertical slope of the vapor saturation curve in the T-s diagram and an isentropic expansion process will hence follow the vapor saturation curve in the T-s diagram, ideally without any droplet formation. However, when the saturation condition is close to the critical point, it is possible that the isentropic expansion process of a dry fluid and an isentropic fluid occurs inside the liquid-vapor area of the T-s diagram, resulting in formation of droplets. In order to avoid droplet formation during the expansion, a minimum required superheat of the primary flow has been introduced before the nozzle inlet. Results show that the dry fluids have generally better performance than the wet fluids and the isentropic fluid. Hence the thesis mostly focuses on the features of vapor ejectors and the ERS using dry fluids. Exergy analysis has been proven to be very useful to identify the location, magnitude, and sources of exergy destruction and exergy loss, and to determine the possibilities of system performance improvement. This method is applied to the ejector and the ERS. The ejector parameters are closely interacting. The operating condition and the ejector area ratio have a great impact on the ejector overall efficiency and system COP. The ejector efficiencies are sensitive to the operating conditions, and they significantly influence the system performance. A so-called advanced exergy analysis is adopted to quantify the interactions among the ERS components and to evaluate the realistic potential of improvement. The results indicate that, at the studied operating condition, the ejector should have the highest priority to be improved, followed by the condenser, and then the generator. Thermoeconomics, which combines the thermodynamic analysis and economic principles, is applied to reveal new terms of interest of the ERS. The economic costs of the brine side fluids (fluids that supply heat to the generator and evaporator and remove heat from the condenser) play very essential roles in the thermoeconomic optimization of the ERS. Depending on different economic conditions, the system improvement from a thermodynamic point of view could be quite different from the thermoeconomic optimization. The ERS is economically sound when using free heat sources and heat sink. An ejector test bench has been built to test the entrainment ratio of different ejectors. Although the experiments do not achieve the desired results, they could still be discussed. The insignificant effect of the superheat of the secondary flow found in the theoretical study is validated. The assumption of neglecting the velocities at the ejector inlets and outlet are confirmed. The quantification of the ejector efficiencies shows that they largely depend on the operating conditions and the ejector dimensions. / <p>QC 20141102</p>

Orientador: Roger Josef Zem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-29T01:55:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maia_MariadeLourdesOliveira_D.pdf: 6396882 bytes, checksum: b0a06b7f265dff67b45f506f542329d9 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Sistemas de destilação são amplamente utilizados em indústrias químicas e petroquímicas. Uma desvantagem desses sistemas, no entanto, é o fato dos mesmos apresentarem um grande consumo de energia. Dessa forma, a identificação de parâmetros como: refluxo mínimo, condição térmica da alimentação, posição do estágio da alimentação, etc., são extremamente importantes tanto para o projeto de colunas de destilação isoladas, como também para o seqüenciamento de colunas de destilação com reduzido consumo de energia. Visando a redução do consumo de energia de processos, a análise exergética tem sido amplamente utilizada. Por meio do cálculo do conteúdo de exergia das correntes do processo, é possível ter-se uma idéia da degradação da energia ao longo do mesmo. A medida da qualidade da energia é a exergia. O objetivo da análise exergética de processos é identificar as fontes de irreversibilidade, ou perda de exergia, e também identificar as modificações no processo que podem levar à redução dessa perda. Como resultado tem-se um menor consumo de energia. Somente recentemente, no entanto, a análise exergética tem sido aplicada a processos químicos. Como exemplo tem-se a metodologia proposta por Zemp (1994) na qual a seqüência ótima de colunas de destilação é a identificada como sendo a que apresenta menor perda de exergia. Uma desvantagem dessa metodologia, no entanto, é que a condição térmica da alimentação é fixada em líquido saturado. Neste trabalho, a análise exergética é utilizada na síntese e otimização de sistemas de destilação. Numa primeira etapa, o conceito de perfil quase-reversível para a separação de misturas multicomponentes em colunas de destilação isoladas foi utilizado, juntamente com a análise exergética, para a otimização da condição térmica da alimentação. Os bons resultados obtidos para vários sistemas motivaram a continuação do estudo em direção ao sequenciamento de colunas de destilação. O objetivo foi o de investigar se a otimização da condição térmica pode reduzir ainda mais o consumo de energia da seqüência previamente identificada como ótima. Modificação na pressão de operação das colunas da seqüência, assim como a influência da composição da alimentação, também foram consideradas. V ários sistemas com diferentes número de componentes foram utilizados para testar a metodologia. No caso dos sistemas temários, ambas as opções de seqüência foram estudadas. Os resultados provaram que a otimização das colunas não modifica a seqüência identificada como ótima. De uma maneira geral, foi possível propor uma metodologia para a síntese e otimização de sistema de destilação sem a necessidade da simulação rigorosa das colunas. Como vantagem tem-se o fato de que problemas de convergência não aparecem e não há a necessidade de se determinar o estágio da alimentação à priori / Abstract: Distillation systems are widely used in chemical and petrochemical industries. The main drawback of these systems, however, is the fact that they are energy intensive processes. Therefore, there is a need of a methodology that allows for the synthesis of distillation systems that present low energy consumption. In this sense, the correct identification of parameters such as: minimum reflux, feed stage location, etc plays an important role. In order to reduce the energy consumption of processes, the exergy analysis has appeared as an efficient too1. By computing the exergy content of the process streams the design engineer can understand how the energy degrades throughout the processo Exergy is a measurement of the quality of the energy. The goal of the exergy analysis is to identify sources of exergy losses, and the most appropriate modifications that will 1ead to the decrease of process irreversibility. As a result, the energy requirement of the process is reduced. Only recently, however, exergy analysis has been applied to chemical processo The optimum distillation column sequence, for example, was identified as the one that presents the lowest value of the minimum exergy loss (Zemp, 1994). However, the feed thermal condition is fixed as saturated liquido. In this work, exergy analysis is applied to the synthesis and optimisation of distillation columns sequences. Firstly, the concept of near-reversible column profile, together with the exergy analysis, were used to optimise the feed thermal condition of the feed. Secondly, it was investigated if different feed thermal condition can further reduce the overall energy consumption of a sequence. Not only were considered changes in the feed condition but it was also analysed other modifications in the operational conditions of each column of the sequence. The influence of the composition of the feed was tested as well. Several systems with different number of components were used to test the methodology. For the temary systems both direct and indirect separation were analysed. Results have shown that the optimisation of the columns do not change the selected optimum sequence. Overall, the exergy analysis applied to distillation systems has shown to be a useful tool to the synthesis and optimisation of such separation systems. By using the proposed methodology there is no need to resort to the rigorous simulation of each column of the sequence. Therefore, convergence problems as well as the tedious trial-and-error procedure for the determination of the optimal feed tray location are avoided. / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Yes / The reverse osmosis (RO) process is one of the most popular membrane technologies for the generation of freshwater from seawater and brackish water resources. An industrial scale RO desalination consumes a considerable amount of energy due to the exergy destruction in several units of the process. To mitigate these limitations, several colleagues focused on delivering feasible options to resolve these issues. Most importantly, the intention was to specify the most units responsible for dissipating energy. However, in the literature, no research has been done on the analysis of exergy losses and thermodynamic limitations of the RO system of the Arab Potash Company (APC). Specifically, the RO system of the APC is designed as a medium-sized, multistage, multi pass spiral wound brackish water RO desalination plant with a capacity of 1200 m3/day. Therefore, this paper intends to fill this gap and critically investigate the distribution of exergy destruction by incorporating both physical and chemical exergies of several units and compartments of the RO system. To carry out this study, a sub-model of exergy analysis was collected from the open literature and embedded into the original RO model developed by the authors of this study. The simulation results explored the most sections that cause the highest energy destruction. Specifically, it is confirmed that the major exergy destruction happens in the product stream with 95.8% of the total exergy input. However, the lowest exergy destruction happens in the mixing location of permeate of the first pass of RO desalination system with 62.28% of the total exergy input.

Vinasse, a wastewater rich in organic matter, nutrient and water, is commonly used for fertigation of sugarcane plantation. However, this practice is questionable in the environmental sphere because of problems, such as contamination of groundwater and greenhouse gases emission. Researchers have sought for alternatives that use vinasse in a more sustainable way, e.g., biorefineries that recover resources. In general, the pathways considered are the concentration technologies to reclaim water and nutrient, and the anaerobic digestion (AD) to produce biogas. This thesis reports on a study of five designs of vinasse biorefineries that incorporate anaerobic bioreactors followed by a concentration technology (evaporation (EV), reverse osmosis (RO) or forward osmosis (FO)). Different forms of regeneration of the draw solution (DS) namely evaporation, reverse osmosis and membrane distillation (MD) were also analyzed. The alternatives were compared through an exergy analysis, a method that evaluates efficiency in the conversion of resources by systems. The results showed Alternative 2 (anaerobic digestion + reverse osmosis) was the most efficient (64%), since the treatment of 491.76 m3 vinasse h-1 (exergy content of 60513.8 kW) to recover 80% of water reduced 76% of external water requirement and generated 12% more electricity (2601 kW exergy) for the industry. / O desenvolvimento de biorrefinarias voltadas à recuperação de recursos é uma tendência crescente que visa promover sistemas alternativos para obtenção de energia e materiais de forma mais sustentável. Dentro deste conceito está o aproveitamento da vinhaça das indústrias de cana-de-açúcar de modo a recuperar água, nutrientes e energia como produtos de interesse. Para isso, é necessário avaliar as possíveis configurações tecnológicas voltadas a este objetivo. No presente trabalho, foram estudados cinco designs de biorrefinaria de vinhaça incorporando uma rota de produção de metano, formada pelo processo de digestão anaeróbia, e uma forma de concentração do efluente. Os métodos para obtenção de água foram evaporação, osmose reversa e osmose direta. Neste último, foram analisadas diferentes formas de regeneração da solução de separação: evaporação, osmose reversa e destilação por membranas. A comparação das alternativas de biorrefinaria foi feita pelo método da análise de exergia, que atua na avaliação da eficiência de conversão dos recursos em sistemas. Esta ferramenta possui como medida base o trabalho útil que pode ser obtido a partir das correntes envolvidas no processo. Desta forma, observou-se que tecnologias que empregam calor como energia de entrada tendem a ser menos eficientes do que as que empregam eletricidade. Neste caso, as alternativas com processo de osmose reversa apresentaram maiores eficiências exergéticas, por exemplo, ao se recuperar 70% de água, sua eficiência seria de 64%. Portanto, sugere-se que a digestão anaeróbia da vinhaça seguida da concentração por osmose reversa seria a configuração mais interessante para concepção de uma biorrefinaria de vinhaça.

A análise exergética é aplicada ao ser humano para avaliar a qualidade dos processos de conversão de energia no corpo e seus sistemas, assim como nos processos bioquímicos do metabolismo. Sabe-se que a vida tem um início, um desenvolvimento e um fim, ou seja, um típico exemplo de processo irreversível. Como tanto a idade cronológica como a entropia gerada são grandezas positivas (caminham no mesmo sentido), esta última passa a ser denominada de flecha do tempo (arrow of time). Assim, a partir da aplicação da Segunda Lei da Termodinâmica, torna-se possível desenvolver e aplicar índices baseados no conceito de exergia destruída/entropia gerada e rendimento exergético para diferentes áreas do conhecimento como medicina (comparação de técnicas de hipotermia), esportes (teste ergoespirométrico) e engenharia (conforto térmico). Para tal, propõe-se um modelo do corpo humano que leva em conta a transferência de exergia para o ambiente, a qual é causada pela radiação, convecção, vaporização e respiração. O metabolismo exergético é calculado com base na variação da exergia de três reações de oxidação: carboidratos, lipídeos e aminoácidos. Para condições ambientais transientes, calcula-se a variação temporal da exergia do corpo, e ainda, o máximo trabalho que o corpo pode executar a partir da hidrólise do ATP (adenosina trifosfato). O corpo humano aproveita aproximadamente 60% da exergia dos macronutrientes ingeridos na forma de ATP, 5% é dissipada na forma de calor e o restante destruída. Se o indivíduo estiver em repouso, toda a exergia da molécula de ATP é destruída ou dissipada na forma de calor. A exergia destruída tende a diminuir em função da idade tanto para condição basal como também para atividades físicas. Calculou-se que a exergia destruída durante uma vida equivale a 3091MJ/kg (ou entropia gerada de 10,2MJ/kgK). O rendimento exergético, no entanto, diminui em decorrência da idade para condição basal, porém aumenta durante atividades físicas. Pode-se ainda afirmar que o corpo destrói menos exergia e é mais eficiente quando submetido a condições de alta temperatura operativa e baixa umidade relativa. A análise exergética acarretou em interpretações complementares ao balanço de energia, pois, a partir de sua aplicação, foi possível distinguir corredores de acordo com o nível de atividade física, ou seja, corredores mais bem treinados podem realizar mais trabalho para o mesmo valor de exergia destruída. Finalmente, foi possível identificar diferentes técnicas de hipotermia tomando por base a comparação das eficiências exergéticas. / Exergy analysis is applied to the human being aiming to assess the quality of the energy conversion processes that take place in the body, its several of systems and in biochemical reactions involved in these processes. It is known that life has a beginning, a development and an end, therefore, it is a typical example if irreversible process. As the chronological age and entropic generation are positive quantities (increases in the same direction), this last one is named arrow of time. Hence, it becomes possible to obtain indices based on the concept of destroyed exergy and exergy efficiency for different areas of knowledge such as: medicine (different techniques of hypothermia), sports (ergoespirometric test) and mechanical engineer (thermal comfort). To this end, it is proposed a model of the human body which takes into account the exergy transfer rates to the environment associated with radiation, convection, vaporization and respiration. The metabolism exergy basis is calculated based on the exergy variation of the reactions of oxidation of three reference substances: carbohydrates, lipids and amino acids. For transient environmental conditions it is calculated the exergy variation of the body over time. Moreover, it is possible to calculate the maximum work that can be obtained from the hydrolysis of ATP (adenosine triphosphate). This procedure was applied to a thermodynamic model of human body for basal conditions and to experimental results of runners during different level of physical activities. The human body uses about 60% of the exergy of nutrients to obtain ATP, the rest is destroyed or dissipated as heat. Destroyed exergy rate tends to decrease as a function of lifespan (for basal conditions and during physical activities). The destroyed exergy during lifespan was calculated as 3091MJ/kg (or entropy production of 10.2MJ/kgK). The exergy efficiency decreases as a function of age in basal condition, but it increases during physical activities. The destroyed exergy rate is smaller and the exergy efficiency is greater for high operative temperatures and low relative humidities. The exergy analysis led to additional information regarding the First Law of Thermodynamics, because from its application it was possible to differentiate runners according to their training level, for the same destroyed exergy better trained subjects could perform more work. Finally it was possible to distinguish different techniques of hypothermia from the concept of exergy efficiency.

A utilização racional e otimização de recursos energéticos é tema cada vez mais presente na indústria, e busca atender a critérios normativos e aspectos econômicos. Entre os métodos de análise utilizados para verificação e melhoria de eficiência energética, nas últimas décadas a Exergia vem se destacando como a ferramenta mais indicada para esse tipo de avaliação. Esse estudo realiza análise exergética em uma planta de processamento típica de uma plataforma do tipo FPSO operando em águas do litoral brasileiro. Atenção especial é dispensada à planta de compressão de gás, que possui sistema de remoção de CO2 do gás através de membranas. Conforme composição dos poços e/ou restrições operacionais, o fluxo de gás pode ser desviado do sistema de remoção de CO2, criando modos de operação. No modo de operação A todo gás do sistema de remoção de CO2 é desviado, de forma que seja possível apenas a injeção desse gás. O modo B utiliza plenamente o sistema de remoção de forma a permitir exportação máxima de gás. Já o modo de operação C trata parcialmente o gás através desse sistema, de forma a permitir exportação e injeção parciais de gás. Além dos modos de operação, são estudados também os efeitos da variação da vazão de gás exportado e da composição do petróleo (teor de CO2 e BS&W) no balanço exergético da plataforma. A combinação dessas três variáveis (modos de operação, vazão de gás exportado e composição do petróleo) representa 177 cenários de produção. O estudo desses cenários de produção por meio de determinados parâmetros (eficiência exergética, consumo específico de exergia, emissões de CO2, emissões específicas de CO2 e índice de renovabilidade exergética) permite verificar a influência de cada variável na performance da planta. / The rational use of energy resources is a theme increasingly discussed at the Industry, and the energetic optimization of processes is necessary in order to fulfill normative, as well as economic criteria. Among the analysis methods in use for verifying and improving the energetic efficiency, during last decades the Exergy has been highlighted as the most appropriated tool for these evaluations. This study performs exergetic analysis in a typical process plant in a FPSO operating in the brazilian shore waters. Special attention is given to the gas compression process plant, which has a CO2 membranes gas removal system. According to composition of well and/or operational restrictions, the gas flow can be deviated from the CO2 gas removal system, creating the operational modes. The operational mode A deviates all the gas from the CO2 gas removal system, allowing just its injection into the reservoir. The mode B uses entirely the CO2 removal system in a way that a maximum of gas exportation is possible. And the operational mode C treats partially the gas through the system, allowing partial exportation and re-injection of the gas. Besides the operational modes, the influence of export gas flow and well fluid composition (CO2 and BS&W content) in the exergy balance are also evaluated. The combination of these three variables (operational modes, export gas flow rate and well fluids composition) represents 177 production scenarios. The evaluation of these production scenarios affecting specific parameters (exergy efficiency, specific exergetic consumption, CO2 emissions, CO2 specific emissions and exergetic renewability index) allows to identify the importance of each variable in process plant performance.

A produção brasileira de frangos de corte evidenciou-se com o sistema de produção integrada, ao elevar a eficiência e a qualidade na conversão de proteína animal. Contudo, devido à rápida evolução tecnológica com crescente demanda energética e a diversificação dos sistemas de produção em diferentes microclimas, elucidar os processos de conversão de massa e energia tornou-se uma tarefa desafiadora neste sistema de produção. Constantemente, pesquisadores, produtores e agroindústria buscam processos mais rentáveis, reduzindo a demanda em mão de obra e o impacto ambiental. No entanto, nunca foi feita uma avaliação integrada do sistema produtivo de frangos de corte, considerando-se os aspectos quantitativos, energéticos e ambientais. Deste modo, o objetivo deste trabalho é promover um detalhado balanço de massa e energia, além de avaliar por meio da análise exergética, a qualidade das conversões de energia no processo produtivo de frangos de corte. Com o levantamento de insumos, produtos e rejeitos diretos, vinculados ao ciclo de produção, foram quantificadas as vazões mássicas para os diferentes processos do ciclo e, aplicando-se a avaliação exergética, obteve-se um diagnóstico completo da quantidade e qualidade energética envolvidas. Considerando o cenário adotado, em termos mássicos, as maiores demandas identificadas para os insumos foram a água (69,2%) e a ração (24,9%). Na saída do processo, os Gases de Efeito Estufa (GEE)/particulados extraídos através da ventilação (39,4%), os gases de combustão da lenha (25,6%) e a cama (14,2%) formam os principais rejeitos. A massa de frangos representa 20% das saídas. Foi identificado que a relação entre o consumo de água e ração é função da temperatura. Em termos energéticos, as maiores contribuições identificadas para os insumos foram a ração (77,7%) acompanhada do material absorvente (9,7%) e da lenha (9,6%). Na saída do processo lideram as energias associadas aos frangos (33,2%) e da cama gerada (32,1%). O rendimento energético obtido para galpões convencionais foi de 27%. Os processos que mais destroem exergia dentro do ciclo produtivo são a formação da cama de frangos a partir das excretas (51,5% em convencionais e 48,2% em climatizados) e a combustão da lenha para aquecimento (21,9% em convencionais e 20,5% em climatizados). Além disso, foi estimado o rendimento de Segunda Lei para o ciclo próximo de 26%. Foram introduzidos os índices energético e exergético de produção permitindo a comparação entre diferentes sistemas. Como principal resíduo, a cama de frangos gerada no ciclo, quando reutilizada como insumo para aquecimento do próprio aviário na forma de briquetes, pode elevar as eficiências. Comparando-se as demandas médias para as duas formas de aquecimento, foi constatado que o uso do GLP é mais favorável ao ambiente se comparado à lenha, devido à forma direta de transferência de calor aos frangos. É aconselhável, em dias quentes, elevar a velocidade do ar, utilizando o resfriamento evaporativo somente em casos de elevada temperatura ambiente, pois a introdução de água eleva a exergia dissipada no ciclo. / Brazilian production of broilers has been highlighted with the implantation of the integrated production system, which improved the efficiency and quality in animal protein conversion. However, due to the rapid technological evolution with the increasing energy demand and the diversification of production systems in different microclimates, elucidating mass and energy conversion processes has become a challenging task regarding this production system. Constantly, researchers, producers and agribusiness look for more profitable processes, reducing the labour demand and environmental impact. However, an integrated evaluation of the productive system of broilers, considering the quantitative, energy and environmental aspects has never been carried out. Thus, this study aims at promoting a detailed mass and energy balance and to evaluate the quality of the energy conversions in the productive process of broilers by means of exergy analysis. With the survey of inputs, products and direct wastes, linked to the production cycle, the mass flow rates for the different processes of the cycle were quantified and a complete diagnosis of the quantity and quality energetic involved was obtained applying the exergy evaluation. Considering the scenario adopted, in mass terms, the greatest demands identified for the inputs were water (69.2%) and feed (24.9%). At the exit of the process, the greenhouse gases/dust extracted through ventilation (39.4%), the firewood combustion gases (25.6%) and the litter poultry generated (14.2%) are the main outputs. The broilers mass was quantified in 20%. The relation between water and feed consumption has shown to be the temperature. Regarding energy, the largest contribution identified for the inputs was feed (77.7%) followed by the absorbent (9.7%) and firewood (9.6%). At the exit of the process lead the energy associated with the broilers (33.2%) and the poultry litter generated (32.1%). The energy performance obtained for conventional shed was 27%. The processes of the largest exergy destroyed within the productive cycle are the litter poultry converted from excreta (51.5% in conventional and 48.2% in air conditioning) and the combustion of wood for heating (21.9% in conventional and 20.5% in air conditioning). In addition, the second law performance for the cycle was estimated in about 26%. The energy and exergy production index was introduced allowing for the comparison among different systems. As the main residue, the litter poultry generated in the cycle when reused as an input for heating the aviary itself in the form of briquettes, can increase these efficiencies. The use of LPG is more environmentally friendly compared to wood, considering the average demands for the too forms of heating, due to the direct form of heat transfer to the broilers. It is advisable, on hot days, to raise the air speed using the evaporative cooling only in cases of high ambient temperature, as the introduction of water raises the exergy dissipated in the cycle.

Neste trabalho, o conceito de exergia é utilizado na proposição de um indicador de idade exergética que permita observar alterações da expectativa de vida de um indivíduo a partir da exergia destruída durante seu ciclo de vida. Para tal, a análise exergética é aplicada ao corpo humano e a volumes de controle menores dentro do corpo para diferentes cenários nos quais ocorram alterações nas reações metabólicas, a fim de determinar a taxa de exergia destruída em função da idade cronológica. Com essa informação, é calculado o indicador de idade exergética, podendo comparar a taxa de progressão da vida do indivíduo nas diferentes condições avaliadas com base na ideia de que há um valor máximo de exergia destruída acumulada durante a vida. Os efeitos do tabagismo e da obesidade são avaliados, e observa-se uma redução de aproximadamente 15 anos na expectativa de vida de fumantes, enquanto, para os obesos, o indicador mostra um aumento. Portanto, a identificação da obesidade como um fator de risco se deve ao desenvolvimento de patologias associadas à obesidade, e não ao aumento do metabolismo e à presença de gordura corporal subcutânea. Uma vez que maior parte das patologias relacionadas à obesidade está associada ao sistema cardiovascular, é proposto um modelo exergético do coração. Observa-se um aumento da taxa de exergia destruída na presença de hipertensão, que leva a uma redução de cerca de quatro anos na expectativa de vida. Por fim, é proposto um modelo do metabolismo de uma célula de câncer que leva em conta as alterações das rotas metabólicas, a partir do qual é possível observar um aumento de quase três vezes no metabolismo exergético de uma célula de câncer em comparação com uma célula saudável. A análise da progressão de um tumor indica que, na ausência de tratamento, a redução da expectativa de vida é de 27 anos. Além disso, no caso de tratamento, cada seis meses na presença da doença reduz a expectativa de vida em cerca de quatro anos. / In the present work, the concept of exergy is applied in order to propose an index of exergetic age that allows observing changes in life expectancy of a subject based on the exergy destruction throughout the life cycle. To do so, exergy analysis is applied to the human body and smaller internal control volumes for different scenarios where changes in metabolic reactions take place, aiming at determining the destroyed exergy rate as a function of chronological age. From this data, exergetic age index is calculated, enabling to compare the rate of life progression of the subject under different circumstances, based on the idea that there is a maximum value of cumulative destroyed exergy throughout life. The effects of smoking and obesity are evaluated and a reduction of approximately 15 years is observed for smokers, while, for obese people, the index shows an increase. Thus, the identification of obesity as a risk factor is more associated to the development of obesity-related diseases than to the metabolic rate increase and the presence of a thicker layer of subcutaneous fat. Since most of the obesity-related diseases are associated to the cardiovascular system, an exergy model of the human heart is proposed. The model reports an increase of the exergy destruction in case of hypertension that causes a reduction of about four years in life expectancy. Finally, a model of the metabolism of a cancer cell is proposed taking into account the changes in the metabolic paths, from which it is possible to observe a threefold increase of the exergy metabolism of a cancer cell, in comparison to a healthy one. The analysis of tumor progression indicates that, in the absence of treatment, the reduction of life expectancy is about 27 years. Furthermore, in case of treatment, each six months living with the disease causes a reduction of almost four years in life expectancy.

A produção brasileira de frangos de corte evidenciou-se com o sistema de produção integrada, ao elevar a eficiência e a qualidade na conversão de proteína animal. Contudo, devido à rápida evolução tecnológica com crescente demanda energética e a diversificação dos sistemas de produção em diferentes microclimas, elucidar os processos de conversão de massa e energia tornou-se uma tarefa desafiadora neste sistema de produção. Constantemente, pesquisadores, produtores e agroindústria buscam processos mais rentáveis, reduzindo a demanda em mão de obra e o impacto ambiental. No entanto, nunca foi feita uma avaliação integrada do sistema produtivo de frangos de corte, considerando-se os aspectos quantitativos, energéticos e ambientais. Deste modo, o objetivo deste trabalho é promover um detalhado balanço de massa e energia, além de avaliar por meio da análise exergética, a qualidade das conversões de energia no processo produtivo de frangos de corte. Com o levantamento de insumos, produtos e rejeitos diretos, vinculados ao ciclo de produção, foram quantificadas as vazões mássicas para os diferentes processos do ciclo e, aplicando-se a avaliação exergética, obteve-se um diagnóstico completo da quantidade e qualidade energética envolvidas. Considerando o cenário adotado, em termos mássicos, as maiores demandas identificadas para os insumos foram a água (69,2%) e a ração (24,9%). Na saída do processo, os Gases de Efeito Estufa (GEE)/particulados extraídos através da ventilação (39,4%), os gases de combustão da lenha (25,6%) e a cama (14,2%) formam os principais rejeitos. A massa de frangos representa 20% das saídas. Foi identificado que a relação entre o consumo de água e ração é função da temperatura. Em termos energéticos, as maiores contribuições identificadas para os insumos foram a ração (77,7%) acompanhada do material absorvente (9,7%) e da lenha (9,6%). Na saída do processo lideram as energias associadas aos frangos (33,2%) e da cama gerada (32,1%). O rendimento energético obtido para galpões convencionais foi de 27%. Os processos que mais destroem exergia dentro do ciclo produtivo são a formação da cama de frangos a partir das excretas (51,5% em convencionais e 48,2% em climatizados) e a combustão da lenha para aquecimento (21,9% em convencionais e 20,5% em climatizados). Além disso, foi estimado o rendimento de Segunda Lei para o ciclo próximo de 26%. Foram introduzidos os índices energético e exergético de produção permitindo a comparação entre diferentes sistemas. Como principal resíduo, a cama de frangos gerada no ciclo, quando reutilizada como insumo para aquecimento do próprio aviário na forma de briquetes, pode elevar as eficiências. Comparando-se as demandas médias para as duas formas de aquecimento, foi constatado que o uso do GLP é mais favorável ao ambiente se comparado à lenha, devido à forma direta de transferência de calor aos frangos. É aconselhável, em dias quentes, elevar a velocidade do ar, utilizando o resfriamento evaporativo somente em casos de elevada temperatura ambiente, pois a introdução de água eleva a exergia dissipada no ciclo. / Brazilian production of broilers has been highlighted with the implantation of the integrated production system, which improved the efficiency and quality in animal protein conversion. However, due to the rapid technological evolution with the increasing energy demand and the diversification of production systems in different microclimates, elucidating mass and energy conversion processes has become a challenging task regarding this production system. Constantly, researchers, producers and agribusiness look for more profitable processes, reducing the labour demand and environmental impact. However, an integrated evaluation of the productive system of broilers, considering the quantitative, energy and environmental aspects has never been carried out. Thus, this study aims at promoting a detailed mass and energy balance and to evaluate the quality of the energy conversions in the productive process of broilers by means of exergy analysis. With the survey of inputs, products and direct wastes, linked to the production cycle, the mass flow rates for the different processes of the cycle were quantified and a complete diagnosis of the quantity and quality energetic involved was obtained applying the exergy evaluation. Considering the scenario adopted, in mass terms, the greatest demands identified for the inputs were water (69.2%) and feed (24.9%). At the exit of the process, the greenhouse gases/dust extracted through ventilation (39.4%), the firewood combustion gases (25.6%) and the litter poultry generated (14.2%) are the main outputs. The broilers mass was quantified in 20%. The relation between water and feed consumption has shown to be the temperature. Regarding energy, the largest contribution identified for the inputs was feed (77.7%) followed by the absorbent (9.7%) and firewood (9.6%). At the exit of the process lead the energy associated with the broilers (33.2%) and the poultry litter generated (32.1%). The energy performance obtained for conventional shed was 27%. The processes of the largest exergy destroyed within the productive cycle are the litter poultry converted from excreta (51.5% in conventional and 48.2% in air conditioning) and the combustion of wood for heating (21.9% in conventional and 20.5% in air conditioning). In addition, the second law performance for the cycle was estimated in about 26%. The energy and exergy production index was introduced allowing for the comparison among different systems. As the main residue, the litter poultry generated in the cycle when reused as an input for heating the aviary itself in the form of briquettes, can increase these efficiencies. The use of LPG is more environmentally friendly compared to wood, considering the average demands for the too forms of heating, due to the direct form of heat transfer to the broilers. It is advisable, on hot days, to raise the air speed using the evaporative cooling only in cases of high ambient temperature, as the introduction of water raises the exergy dissipated in the cycle.