La exergía es el
potencial de trabajo util de un sistema a un ambiente especificado y representa
la cantidad máxima de trabajo util que puede obtenerse cuando un sistema llega
al equilibrio. A diferencia de la energía, la exergía si depende del estado del
ambiente como la del sistema, por lo tanto es una propiedad de combinación. La exergía
de un sistema que está en equilibrio del ambiente es cero; a este ambiente en
equilibrio se lo conoce como “estado
muerto” ya que no puede realizar trabajo.
Ahora se analiza la exergía termodinámica, por lo que no se
toma en cuenta cualquier tipo de reacción química o de mezclado. Por lo tanto,
un sistema que está en un estado muerto restringido está a la presión y
temperatura del ambiente y no contiene energías Cinética y Potencial.
Exergía
de una masa fija: exergía sin flujo (o sistema cerrado)
La energía interna
consiste únicamente en energías sensibles y latentes que pueden ser
transferidas hacia o desde un sistema como calor,
siempre y cuando exista una variación de temperatura a través del sistema y
frontera. Según la segunda ley de la termodinámica no todo el calor puede
convertirse en trabajo, es decir que el potencial de trabajo de la energía
interna será menor a propia energía interna.
para un proceso reversible y que la eficiencia
de una maquina térmica es 
, el trabajo
diferencial generado por la maquina por la transferencia es:
Exergía de
una corriente de flujo: exergía de flujo (o corriente)
Un fluido en movimiento tiene una forma adicional de energía, llamada energía de flujo que es la necesaria para mantener el flujo en una tubería y se expresa como
. El
trabajo de flujo en la frontera realizado por el fluido sobre el fluido que
está corriente abajo, es decir, que la exergía asociada con el trabajo de flujo
es igual a la exergía asociada con el trabajo de frontera, entonces puede ser expresada
de la siguiente manera:
Entonces la exergía de flujo en corriente se determina sumando la exergía de flujo y la exergía que no está en movimiento.
FUENTE: - CENGEL, YUNUS .A. & BOLES, MICHAEL A. (2011). Termodinámica. México: Mcgraw - Hill
Para entender mejor, se
considera un sistema cerrado sin cambios de energía interna y potencial en un
estado especificado, que experimenta una proceso reversible hacia el ambiente,
es decir que la temperatura y presión final son To y Po, respectivamente. El trabajo
util entregado durante el proceso es la exergía del sistema en su estado
inicial.
Al considerar la
transferencia de calor y trabajo en dirección desde el sistema, el balance de
energía para el sistema durante el proceso es:
Cualquier trabajo util
entregado por un dispositivo de cilindro-émbolo se debe a la presión por encima
del nivel atmosférico, es decir:
Un proceso reversible
no puede involucrar alguna transferencia de calor debido a la limitada
diferencia de temperatura, por lo tanto, cualquier transferencia entre un
sistema de temperatura T y de sus alrededores To debe ocurrir a través de una
maquina térmica reversible.
para un proceso reversible y que la eficiencia
de una maquina térmica es 
, el trabajo
diferencial generado por la maquina por la transferencia es:
Donde W total útil es el trabajo entregado cuando el sistema
experimenta un proceso reversible, por definición corresponde a la Exergía.
Cuando un sistema cerrado posee energías Cinética y Potencial
que son formas de exergía, y que la energía total de un sistema es la suma de
dichas energía y la energía interna; entonces:
Para sistemas
estacionarios, los términos de energías cinética y potencial desaparecen.
Cuando las propiedades
de un sistema no son uniformes, la exergía puede determinarse con integración:
El
cambio de exergía de un sistema es cero si el estado del sistema o del ambiente
no varía durante el proceso. La exergía
de un sistema cerrado es positiva o cero pero nunca es negativa.
Un fluido en movimiento tiene una forma adicional de energía, llamada energía de flujo que es la necesaria para mantener el flujo en una tubería y se expresa como
. El
trabajo de flujo en la frontera realizado por el fluido sobre el fluido que
está corriente abajo, es decir, que la exergía asociada con el trabajo de flujo
es igual a la exergía asociada con el trabajo de frontera, entonces puede ser expresada
de la siguiente manera:
Entonces la exergía de flujo en corriente se determina sumando la exergía de flujo y la exergía que no está en movimiento.
EJERCICIOS
8-28 Una
masa de 8 kg de helio sufre un proceso desde un estado inicial de 3 m3/kg y 15
°C hasta un estado final de 0.5 m3/kg y 80 °C. Suponiendo que el entorno está a
25 °C y 100 kPa, determine el aumento en el potencial de trabajo útil del helio
durante este proceso.
8.41) Un
recipiente rígido aislado de 1.2 m3 contiene 2.13 kg de bióxido de carbono a
100 kPa. Ahora se realiza sobre el sistema trabajo de rueda de paletas hasta
que la presión en el recipiente sube a 120 kPa. Determine a) el trabajo
real de rueda de paletas realizado durante este proceso y b) el trabajo
mínimo de rueda de paletas con el cual se puede realizar este proceso (entre
los dos mismos estados inicial y final). Tome To=298 K. Respuestas: a)
87.0 kJ; b) 7.74 kJ
8-39E Se
comprime gas oxígeno en un dispositivo de cilindro- émbolo, de un estado
inicial de 12 pies3/lbm y 75 °F a un estado final de 1.5 pies3/lbm y 525 °F.
Determine la entrada de trabajo reversible y el aumento en la exergía del
oxígeno durante este proceso. Suponga que el entorno está a 14.7 psia y 75 °F. Respuestas:
60.7 Btu/lbm, 60.7 Btu/lbm.
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FUENTE: - CENGEL, YUNUS .A. & BOLES, MICHAEL A. (2011). Termodinámica. México: Mcgraw - Hill
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