Exergía

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 sistema como 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.

Dado un 'sistema combinado' formado por un sistema cerrado y el ambiente (con un volumen total constante y una frontera que solo permite interacciones de trabajo), la exergía (denotada como A) se define como el máximo trabajo teórico que puede realizar el sistema combinado cuando el sistema cerrado evoluciona hasta alcanzar el equilibrio con el ambiente (i.e. hasta su estado muerto).[1]

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 analizar rigurosamente el desperdicio de los recursos en las actividades de la sociedad, estableciendo pautas para su ahorro y uso eficiente.

Por ejemplo, un compuesto de combustible y aire, si se quema el combustible obteniendo una mezcla de aire y productos de combustión ligeramente calientes, aunque la energía asociada al sistema sea la misma, la exergía del sistema inicial es mucho mayor, ya que potencialmente es mucho más útil a la hora de obtener trabajo, de donde se deduce que la exergia al contrario que la energía no se conserva sino que se pierde por la evolución hacia el estado de equilibrio. Otro ejemplo es el agua de refrigeración de las centrales térmicas. Aunque la central cede una gran cantidad de energía al agua, esta solo eleva su temperatura unos grados por encima de la temperatura de su entorno, por tanto su utilidad potencial para obtener trabajo es prácticamente nula o lo que es lo mismo en términos técnicos, tiene una exergía asociada baja.

Estado muerto

Dos 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). A este 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 ello para 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.

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