Exergia

INTRODUCCIÓN
En la naturaleza existen diferentes formas de energía cada una con unas características dadas, a la hora de analizarlas recurrimos a los balances de energía, comenzando con la aplicación del primer principio de la termodinámica. La obtención de trabajo útil por parte de cada una dependerá del estado inicial en el cual nos la encontremos.
Debido a esto podemos introducir la ideade calidad de la energía, como la capacidad para generar una reacción/transformación. A la hora de realizar un análisis termodinámico habrá que tener en cuenta la calidad de la energía, esto dependerá del método de almacenamiento. Este puede ser ordenado o desordenado en mayor o menor grado. Dado que la entropía mide el grado de desorden de un sistema es de esperar que la podamos utilizar parasaber la cantidad de energía utilizable que podemos obtener, es decir, aplicación del 2º principio de la termodinámica.
La exergía es un parámetro que mide la calidad de la energía, pudiendo mediante un análisis exegético comparar las diferentes alternativas que lleven a un mayor rendimiento energético.
Tras esta introducción al tema podemos decir que la exergía es el máximo trabajo útil quepodemos obtener de un flujo de energía dado.

MODELO PARA EL AMBIENTE
Idealizaremos un modelo para poder llevar a cabo todos los cálculos. Definiremos el ambiente como un sistema simple, compresible, cuyas dimensiones son enormes y que se mantiene siempre a una presión p0 y una temperatura t0, uniformes (1 atm y 25ºC).
Las propiedades intensivas se mantendrán constantes pero eso no quiere decir quetambién lo hagan las extensivas, estas últimas podrán variar como resultado de la interacción de este sistema con otros. Las propiedades extensivas: energía interna (Ua), entropía (Sa) y volumen (Va) se relacionan a través de T*dS. Sabemos que p0 y t0 son constantes.

Debido a que energía cinética y potencias no sufren variación se demuestra que un cambio de la energía del ambiente solo puedeproducirse con una variación de la energía interna.

ESTADO MUERTO
Una vez que el sistema cerrado y el ambiente alcanzan el equilibrio, no puede tener lugar ningún cambio de estado de forma espontánea por lo que no se realiza trabajo.
Esto es lo que se conoce como estado muerto, es decir, equilibrio térmico y mecánico a T0 y P0. Los valores recomendados para este estado son los de la atmósferaestándar, 298,15 K y 1,01325 bares.

CÁLCULO DE EXERGÍA
Para un sistema cerrado que intercambia calor a la temperatura de la superficie y trabajo, su ecuación se expresa:


Siguiendo el desarrollo siguiente llegaremos a las formulación de la ecuación ya enunciada.



E,V y S son del sistema cerrado y Uo, Vo y So son propiedades del sistema cerrado en su estado muerto.
La exergía deun sistema cerrado en un estado determinado se define como el trabajo útil máximo que puede obtenerse a partir de una combinación sistema-ambiente, cuando el sistema pasas de un estado de equilibrio dado hasta el estado muerto mediante un proceso en el que la transferencia de calor tiene lugar solo en el ambiente.
Aunque los volúmenes del sistema cerrado y del ambiente varíen, no se producirá unavariación del volumen del sistema combinado permaneciendo este constante.
El balance de energía de un sistema combinado se reduce en la siguiente expresión:

La energía inicial del sistema cerrado viene expresada por E este termino incluye la Ec, Ep y U, estos términos se evaluaran respecto al ambiente por lo que la energía del sistema cerrado en su estado muerto sera Uo, es decir:

Elvolumen del sistema combinado permanecerá constante, por lo que la variación del del volumen del ambiente sera proporcional al del sistema cerrado pero de signo contrario.
fórmula

Balance de entropía aplicado al sistema combinado. Partimos del balance de entropía para un sistema cerrado donde:

Esta ecuación se reducirá de tal manera que la variación de entropía sea igual a la generación de...