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ExergíaObjetivo:
Introducir el análisis exergético y su utilización para el diseño de maquinas basándose en el segundo principio.
La exergía es una propiedad termodinámica que permite determinar el potencial de trabajo útil de una determinada cantidad de energía que se puede alcanzar por la interacción espontánea entre un sistema y su entorno. Informa de la utilidad potencial del sistemacomo fuente de trabajo. Es una propiedad termodinámica, por lo que es una magnitud cuya variación solo depende de los estados inicial y final del proceso y no de los detalles del mismo.
Definida de otra forma la exergía es la porción de la energía que puede ser transformada en trabajo mecánico.La exergía determina de forma cuantitativa el valor termodinámico de cualquier recurso, y permite analizarrigurosamente el desperdicio de los recursos en las actividades de la sociedad, estableciendo pautas para su ahorro y uso eficiente.
Estado muertoDos sistemas en condiciones termodinámicas diferentes, que entren en contacto, evolucionarán espontáneamente, por medio de transferencias de masa y energía, hacia un estado intermedio de equilibrio (el que tenga mínima exergía y entropía máxima). Aeste estado de equilibrio se le denomina estado muerto. Cuanto mayor sean las diferencias entre sus magnitudes termodinámicas (presión, temperatura...) más trabajo podremos obtener de la interacción entre sistema y entorno.
La energía utilizable o exergía está asociada al desequilibrio entre un sistema y su entorno, es decir que depende de la variable de dos sistemas como mínimo.
Un ejemplo de ellopara entender lo anterior es: supóngase una lámina metálica que se encuentra a 80ºC, y es sumergida en agua a 4ºC, es decir relativamente mucho más fría, en este caso la reacción, manifestación y el nivel de exergía será mayor que si la lámina hubiese sido sumergida en agua que se encuentra a 80ºC, es decir que la temperatura del sistema (lámina metálica) y de su entorno (agua) es la misma(80ºC), en este caso no pasaría nada y este estado se denomina estado muerto ya que tenemos cero exergía y máxima entropía. Esto también es aplicable a otros desequilibrios como pueden ser de presión y otros.
Balances
En realidad un balance de exergía no es más que la combinación de un balance de energía y de entropía, que derivan a su vez del primer y segundo principio de la termodinámica. No es portanto un resultado independiente, pero puede utilizarse como formulación alternativa de la segunda ley de la termodinámica.
Como alternativa al principio de incremento de entropía, se puede formular la segunda ley estableciendo que, los únicos procesos que puede experimentar un sistema aislado son aquellos en los que la exergía del sistema disminuye.
Balance en sistemas cerradosUn sistema cerradopuede interaccionar con el entorno mediante transferencias de energía en forma de calor o trabajo, que implican una transferencia de exergía entre el sistema y el entorno. Esta exergía transferida no coincide necesariamente con la variación de exergía del sistema, ya que la exergía también se destruye como consecuencia de la generación de entropía (todos los procesos reales con transferencia deenergía en forma de calor conllevan, además de una transferencia de entropía, una generación de entropía debida a procesos irreversibles dentro del sistema.
AplicacionesUna de las princpales aplicaciones es el análisis exergético a nivel de proceso y componente. Éste permite identificar, localizar y cuantificar las principales causas de irreversibilidades termodinámicas de un sistema o proceso,mediante el estudio de la destrucción y eficiencia exergéticas. Siendo la exergía la parte disponible de la energía utilizada para producir trabajo útil, esta representa una poderosa herramienta para determinar potenciales mejorías y optimización de procesos, así como impactos ambientales y su mitigación (al ser una medida del desequilibrio con el medio ambiente). La termoeconomía, una área que...