TERMODINAMICA I
Ing. Federico G. Salazar
EXERGIA
La Exergía es
una medida de que tan alejado se encuentra termodinámicamente un sistema con respecto a su entorno
o ambiente; es decir, que tanto difiere en su contenido de energías interna o
entalpía, potencial y cinética en relación a las condiciones del entorno. Es entonces, un atributo del sistema y del ambiente juntos. Sin embargo, una vez el entorno queda especificado,
se puede asignar un valor a la exergía en términos de los valores de las
propiedades del sistema únicamente, de tal forma que se vuelve una propiedad del sistema.
El
valor de la exergía no puede ser negativo. Si un sistema estuviera en un
estado diferente de su estado muerto (es decir, en desequilibrio con el ambiente),
estaría entonces en disponibilidad de cambiar sus condiciones espontáneamente
buscando ese estado muerto. Su tendencia al cambio terminaría cuando consiga ese
estado de equilibrio. No será necesario efectuar trabajo sobre el sistema para efectuar ese
cambio espontáneo. Consecuentemente,
cualquier cambio del sistema hacia el estado muerto puede ser acompañado con
trabajo aprovechable y entonces el trabajo máximo (exergía) no puede ser
negativo.
La
exergía no se conserva y es destruida por las irreversibilidades. Un caso
límite es cuando la exergía es completamente destruida si se permite que el
sistema alcance su estado muerto sin haber extraído trabajo aprovechable. Por
ejemplo, al simplemente dejar enfriar una taza de té caliente no se está
aprovechando esa energía disipada, y se está destruyendo exergía. En
tal situación, el trabajo que originalmente se hubiera podido obtener se
desperdicia en el proceso espontáneo hacia el equilibrio.
La
exergía se puede ver como el máximo trabajo aprovechable de un sistema
en conjunto con las condiciones de su entorno, a medida
que el sistema pasa de un estado inicial hacia el estado muerto mientras
interactúa solamente con el ambiente. Alternativamente, la exergía puede
referirse a la magnitud del mínimo trabajo teórico hacia el sistema
requerido para llevarlo del estado
muerto hacia un estado determinado.
La
exergía queda definida en términos de un estado de referencia (°) que
generalmente es el ambiente:
Ex = (U - U°) + P°(V - V°) - T°(S - S°) + v2/2
+ gz
El
cambio en Exergía de un sistema cerrado se puede evaluar aplicando la ecuación
anterior, para los estados inicial y final, diferentes del estado de referencia:
Ex2 - Ex1
= ΔU + P°(V2 - V1) - T°(S2 - S1)
+ Δv2/2 + Δgz
Cuando
un sistema está en su estado muerto, diremos que la contribución termo mecánica
a la exergía es cero. Puede sin embargo
aun existir contribución a la exergía si existe la posibilidad de reacción
química, que deberá discutirse por aparte.
Se
presentan algunas ilustraciones sobre la aplicación de la exergía.
Ref: MORAN, MICHAEL & SHAPIRO, HOWARD
Fundamental of Engineering Thermodynamics. 4th editon. John
Wiley & Sons Inc. New York. 2000.
