EXERGIA.

¿Qué es la exergia?

Una correcta respuesta no garantiza honor del conocimiento y puede acabar siendo sólo un acopio cuidadoso de las ya abundantes y maravillosas definiciones de la exergia, que sólo podrá ser develada verídica y plenamente a partir de la comprensión de las siempre eludidas: segunda ley y la entropía.

La segunda ley es mucho más que el recurso conceptual sobre el cual se fundamenta la noción demasiado vulgarizada del rendimiento de los sistemas energéticos, es una herramienta que va más allá y profundiza el concepto de la calidad de las transformaciones energéticas, percepción algo extravagante al primerocentrismo de generaciones y generaciones de ingenieros formados en la termodinámica “técnica” clásica, basada en el uso hegemónico de la primera ley.

La conceptualización activa de la segunda ley y la entropía tiene que acabar digiriendo enteramente los enunciados de kelvin-plank, clausius, la desigualdad de clausius y la definición de la entropía:

fig.1. enunciados gráficos de kelvin-plank y clausius

La desigualdad de clausius explicita de forma cuantificable la naturaleza reversible o irreversible de los procesos:

1)

En cuanto a la definición de la entropía, probablemente el concepto que puede tener más recursos didácticos es el de la entropía como una medida del desorden: el crecimiento de la entropía significa el incremento del desorden. A partir de esta burda definición se puede encarar la comprensión de los conceptos de: medida de la disponibilidad y medida de la dirección de los procesos naturales; para finalmente ratificar que la entropía al ser un parámetro independiente de la trayectoria de los procesos es definitivamente una propiedad de las substancias:

2)

A través de la expresión (2) se puede comprender que la entropía puede usarse para indicar el grado de irreversibilidad de un proceso termodinámico, por lo tanto su uso ayuda a predecir, cuantitativamente la mejor salida posible para un sistema dado, esto significa que la entropía es una medida de la energía no disponible o sea que cada vez que se genera, produce o crea entropía se está creando energía no disponible.

La segunda ley a través de la entropía deja explícita y sustentada la inexorable tendencia al caos a la muerte térmica del universo y nada más cabal cuando hace unos cuarenta años un magnifico neófito, mario cortazar, en alguna parte de su intrincada rayuela se refirió a la entropía como “la misteriosa tendencia a la neutralización”.

La termodinámica clásica basada en el primera ley nos pone en riesgo de inducirnos actitudes sin compromiso basadas en su naturaleza misma: la conservación de la energía, nada se crea ni se destruye solo hay transformaciones; la inserción del segundo principio propicia el desarrollo de criterios más coherentes con nuestro entorno y crea una aparente contraposición a la primera ley que permite una comprensión más equilibrada de la termodinámica.

La naturaleza de la interacción de la primera y segunda ley deja la sensación de la contraposición como un mecanismo natural, así mientras que la ecuación para la primera ley es expresada en términos de una igualdad; la segunda ley está dada en términos de una igualdad-desigualdad2; mientras que la primera ley habla que la energía no se crea ni destruye, la segunda ley nos dice que la entropía no se destruye solo se crea3.

Esta plataforma conceptual referida a la segunda ley permite ahora entrar de lleno en la definición de la exergía; existen dos procedimientos para cuantificar la naturaleza irreversible de los procesos reales, ambos son una aplicación simultánea de la primera y segunda ley denominados análisis de la segunda ley. un procedimiento utiliza los conceptos de la generación de la entropía y trabajo perdido y el otro emplea los conceptos de disponibilidad (exergía) y de irreversibilidad (perdida de disponibilidad o destrucción de exergía).

La energía está disponible en varias diferentes formas y puede ser transformada entre cualquiera de estas formas. diferentes energías tiene diferentes calidades y este atributo está definido por la cantidad teórica de energía que puede ser convertida en trabajo mecánico (w), esta conversión tiene sus limitaciones que implica que la calidad total de la energía decrece en cada conversión4. no hay que olvidar que la calidad de la energía esta descrita en el concepto de la entropía:

Terminología y Conceptos relacionados con el método de exergia.

Anergia

Para comprender el significado de este término, el Francés Pierre Le Goff17 recomienda descomponer a la energía total en dos términos:

E = Ex+Ag

La exergia es la parte de la energía que puede ser utilizada como trabajo. Es obvio entonces que la anergia constituye aquella porción de la energía total, de la cual no es posible la obtención de ningún trabajo.

Ag=E-Ex

Estos dos componentes de la energía son tales que todas y cada una de las transformaciones que ocurren en un proceso, se efectúan únicamente en el sentido Ex® Ag, y nunca en sentido inverso.

Entrogia

John Soma18 define a la entrogia como la energía asociada con un cambio de entropia que se produce en un proceso cualquiera, con respecto a una condición de referencia:

Eg = To S

La entrogia es entonces la energía que se pierde como consecuencia de la producción entrópica ocasionada por las diferentes irreversibilidades de los procesos. Por lo tanto, la exergia es la diferencia entre la entalpia y la entrogia:

Ex = (H - Ho) - (Eg - Ego)

De manera conceptual puede decirse entonces que la entrogia es a la energía lo que la entalpia es a la energía total de un sistema.

Exergoeconómico

Muchos autores15,16 han utilizado la expresión análisis Termo-Económico para describir la combinación de análisis exérgicos y económicos. Tsarsaronis19 propuso el término exergoeconómico para caracterizar de manera más precisa esta combinación. Este término es una combinación de las

...