Exergía: una medida del potencial de trabajo

La Exergía o también llamada disponibilidad o energía disponible, es la propiedad que permite determinar el potencial de trabajo útil de una cantidad dada de energía en algún estado especificado.

El potencial de trabajo de la energía contenida en un sistema en un estado especificado es simplemente el trabajo útil máximo que puede obtenerse del sistema. Teniendo en cuenta que el trabajo realizado durante un proceso depende de los estados inicial y final y de la trayectoria del proceso:

Trabajo= f (estado inicial, trayectoria de proceso, estado final)

Estado muerto

Un sistema debe estar en el estado muerto al final del proceso para maximizar la salida de trabajo, esto se da cuando se encuentra en equilibrio termodinámico con el ambiente. En este estado el sistema está a la temperatura y a la presión de su ambiente, no tiene energía cinética o potencial relativa a su ambiente y no reacciona con el ambiente.

Diferencia entre alrededores, alrededores inmediatos y ambiente.

Alrededores: son todo lo que esta fuera de las fronteras del sistema.

Alrededores inmediatos: corresponden a la porción de los alrededores que son afectados por el proceso.

Ambiente: es la región que se halla más allá de los alrededores inmediatos cuyas propiedades en cualquier punto no son afectados por el proceso.

Ejemplo

Cuando se analiza el enfriamiento de una papa horneada caliente en una habitación a 25°C, por ejemplo, el aire tibio que rodea la papa corresponde a los alrededores inmediatos, y la parte restante del aire de la habitación a 25 °C es el ambiente.

La exergía de un sistema en un estado especificado depende de las condiciones del medio (el estado muerto) así como de las propiedades del sistema, por lo tanto la exergía es una propiedad de la combinación entre sistema y ambiente y no del sistema exclusivamente. La alteración del ambiente es otra manera de aumentar la exergía, pero definitivamente no es una alternativa fácil.

Exergía asociada con la energía cinética y potencial 

·      La exergía de la energía cinética de un sistema es igual a la propia energía cinética sin tener en cuenta la temperatura y la presión del ambiente:

     Donde V es la velocidad del sistema relativa al ambiente.

     La exergía de la energía potencial de un sistema es igual a la propia energía potencial sin tener en cuenta la temperatura y la presión del ambiente:

La energía interna u y la entalpía h de un sistema no están completamente disponibles para trabajo.

Trabajo reversible e irreversibilidad

Trabajo reversible (W_rev.): se define como la cantidad máxima de trabajo útil que puede producirse cuando un sistema experimenta un proceso entre los estados inicial y final especificados.

Irreversibilidad (I): cualquier diferencia entre el trabajo reversible y el útil (Wu), se debe a irreversibilidades presentes durante el proceso:

Fuente:Libro de Cengel, Termodinámica7ma edición.
https://www.dropbox.com/s/151nftd5zk2oeou/Termodinamica%20-%20Cengel%207th.pdf?dl=0