exergia

DISPONIBILIDAD O
EXERGÍA

Algunos conceptos
• Entorno, medio o alrededores:
Es la materia o región de los alrededores del sistema
que interactúa con él.
• Medio ambiente:
Es la porción del entorno en la cual las propiedades
intensivas de cada una de sus fases son uniformes
y no cambian significativamente como resultado
de cualquier proceso que se considere
• Estado muerto:
• Estado particular deuna porción de materia
(sistema cerrado) cuando se encuentra en
equilibrio con el medio ambiente.

Ambiente:medio de referencia
• Existe un ambiente
Se puede modelizar como una fuente
térmica a temperatura T0 (300 K) y
presión P0 (1 bar) uniformes y fijos.
La constancia de temperatura, presión y
composición del ambiente, si le agregamos
que su velocidad ( v0 ) sea uniforme y su
alturaconstante, permite por lo tanto
tomarlo
como medio de referencia

Disponibilidad y Exergía
• Es el máximo trabajo útil ,que puede obtenerse o
mínimo que puede consumirse, de una porción de
materia (o sistema cerrado)
cuando es sometido a un proceso reversible desde un
estado cualquiera hasta el estado muerto o estado
de referencia.

V T
p

Po To
Vo

• Cuando una masa está en equilibrio:
térmico (T =T0),
mecánico (P = P0 ) con el
Ambiente,
la (Ec=Eco )y (Ep=Epo )
y además en equilibrio químico con el
Ambiente,

no se puede extraer trabajo
aprovechable de su combinación.

Trabajo reversible
V1 T1
p1

V 2 T2
P2

El trabajo reversible es el trabajo útil máximo que
puede obtenerse o mínimo que puede consumirse
cuando el sistema evoluciona en un proceso reversible
desde un estado cualquiera hastaotro estado
cualquiera.

Trabajo del medio ambiente
Es el trabajo efectuado por o contra
el medio ambiente. Este trabajo no
puede recuperarse o emplearse en
ningún propósito útil y es igual a la
presión atmosférica por la variación de
volumen del sistema.

Wo = po (Vf – Vi)

Trabajo útil para el trabajo de frontera
Wú = Wexp - Wo

Wú = Wexp - po

(Vf – Vi)

Transferencia de exergía que acompañaal
trabajo-(W útil )
Wú =

PARA UN TRABAJO DE FRONTERA
Wexp - po (Vf – Vi)
OTRAS FORMAS DE TRABAJO
W

La exergía o disponibilidad transferida con el
trabajo es igual al propio trabajo W, salvo en
el caso de trabajo de expansión

Balance de entropía
0

• En un proceso reversible
0

dS S 


1
0

dS S 


1

dQS
T0

dQ0
T0

dS S 


1

dQS
T0

dQs = - dQo

0

dS m 

0

dQ0
T0

Sgen = dSS +dSm = 0
0

• En un proceso irreversible dS S  dQS  Sgen

0

dS S 


1

dQS
T0

 Sgen

1
0

dS S 


1

Sgen = dSS + dSm > 0

T0

dQ0
T0

 Sgen

Exergía o disponibilidad de la materia
Primera ley
P
T
V

dU dQ - dW

(U0- U ) = Q - W

(1)

En un proceso reversible

Segunda Ley

TdS = dQs

T0 (S0 - S)= Qs
Po
To
Vo

dU TdS - dW

(U0- U) - T0 (S0 - S ) = - W

(2)

Exergía o disponibilidadde la materia
Wmáx= (U-U0 ) - T0 (S - S0)
Pero el trabajo máximo no es todo útil

Wú = Wmáx - po (V0 – V)
W útil -máx= (U- U0 ) – T0 (S - S0 ) + p0 (V -V0 ) = EX-0

De esta ecuación se deduce que no puede extraerse un
trabajo útil de un sistema que se encuentre en equilibrio con
el medio ambiente.
La exergía del sistema es una función de estado

Trabajo útil y pérdida de exergía
Wútil-reversib =(U+ p0 V – T0 S) - (U0 + p0 V0 - T0 S0)

e 1- e o=1-0= ( U- U
X

X

0

) - T0( S- S0) + p0 (V -V0)

e - e o = Wútil-máx=  - 0
X

X

Trabajo útil reversible e irreversible
• Wúrev – Wú real = I
• I = IRREVERSIBILIDAD

La diferencia entre el trabajo útil
reversible y el trabajo útil real se debe a la
las irreversibilidades presentes durante el
proceso

Irreversibilidad y exergía
En un procesoirreversible
2

dS S  
1

dQs

IRREV

T0

Primera Ley

 S gen

T0 dS S  T0 S gen  dQ
T0 ( S 0  S )  T0 S gen  Q

(U0- U ) = Q - W

dU T0 dS – T0 Sgen - dW
(U0- U) - T0 (S0 - S ) + T0 Sgen = - Wreal
Wútil-real = (U –U0)- T0 (S-S0) +p0 (V-V0) – T0 Sgen

Trabajo perdido
Wútil-reversib = ( U- U0 ) - T0( S- S0) + p0 (V -V0)
Wútil-real = (U –U0)- T0 (S-S0) +p0 (V-V0) – T0 Sgen

Wúrev – Wú...