Exergie
Exergie descrie proporția energiei totale a unui sistem sau flux de material care poate efectua lucrări atunci când este adus în echilibru termodinamic (termic, mecanic și chimic) cu mediul său. Exergia se bazează pe un potențial între cel puțin 2 stări, dintre care una este de obicei starea de mediu.
Spre deosebire de energie, exergia nu este o cantitate conservată, i. H. Spre deosebire de energie, exergia poate fi distrusă (vezi exemplul).
Alte cunoștințe de specialitate recomandate
8 pași către o cântare curată - și 5 soluții pentru a o menține curată
Care este sensibilitatea scalei mele?
Ghid pentru tehnicile esențiale de măsurare în laborator
Cuprins
exemplu
Dacă privești un sistem dintr-un punct de vedere energetic, poți Exergiepierderile apar, de exemplu, prin transportul căldurii către mediu. Un exemplu în acest sens ar fi o conductă de apă caldă slab izolată: energia care se pierde sub formă de căldură nu mai poate fi folosită mai târziu pentru a lucra. Cu toate acestea, se aplică principiul conservării energiei: conducta și mediul împreună au aceeași cantitate de energie ca înainte de începerea transferului de căldură. În acest sens, expresia „pierdere de energie” ar fi înșelătoare.
A doua lege a termodinamicii (entropie) completează acum prima lege a termodinamicii (cuvânt cheie energie) în ceea ce privește posibilele conversii de energie. Dacă, de exemplu, două substanțe cu temperaturi diferite sunt amestecate între ele într-o cameră de amestecare izolată termic (adiabatică), nu pot fi identificate pierderi în ecuația bilanțului energetic, energia totală din sistem rămâne aceeași. Cu toate acestea, există pierderi termodinamice, deoarece entropia este generată de acest proces. Înainte de aceasta, sistemul care conține cele două substanțe are exergie, deoarece un motor termic ar putea trage funcționarea din egalizarea temperaturii dintre substanțe. Ulterior, acest lucru nu mai este posibil din cauza celei de-a doua legi, astfel încât exergia a fost distrusă.
Alte exemple de pierderi exergetice sunt, de exemplu:
- Transportul căldurii la o diferență de temperatură finită
- frecare
- amestec
- reactie chimica.
cerere
Conceptul de exergie oferă un instrument cu care, pe de o parte, poate fi calculată munca maximă utilă a unui sistem sau a unui flux de materiale. Pe de altă parte, pierderile efective pot fi calculate cu precizie. Pentru probleme de inginerie poate sa poate fi de ajutor, mai ales dacă conceptul de exergie este legat de variabile economice - așa-numitele termo-economic Metode.
În literatură se citește adesea legătura:
unde anergia denotă partea inutilizabilă a energiei. Cu toate acestea, această relație trebuie tratată cu prudență, mai ales atunci când procesele au loc sub temperatura ambiantă (mașini frigorifice): Sub temperatura ambiantă, exergia fizică a unui sistem crește odată cu scăderea temperaturii, deoarece diferența de temperatură față de mediu ar putea fi utilizată pentru a acționa un motor termic și așa mai departe. Câștigă o muncă utilă. Cu toate acestea, energia internă a sistemului scade odată cu scăderea temperaturii. Prin urmare, cu o presiune corespunzătoare a sistemului, este posibil ca exergia fizică a unui sistem sub temperatura ambiantă să fie mai mare decât energia sa (internă), ceea ce ar însemna atunci că anergia ar fi negativă.
calcul
Exergia unui sistem sau flux material constă din exergia fizică E PH, exergia chimică E CH, exergia cinetică E KN și exergia potențială E PT. Ultimii termeni corespund energiei cinetice și potențiale:
Exergia fizică a unui sistem
Fizicul Exergie E PH al unui sistem închis după cum urmează:
valoare specifică
Valoarea specifică a exergiei este exergia medie pe unitate de masă.
valoare absolută
Valoarea absolută pentru exergia unui sistem rezultă din înmulțirea valorii specifice cu masa sistemului.
Exergia fizică a unui flux material
Pentru fizic Exergie a unui flux de material se poate proceda după cum urmează:
Valoare specifică
Valoare absolută
unde punctul de deasupra dimensiunii respective indică un curent, de exemplu
Transportul de energie asociat transportului de căldură
Aici este la temperatura limită a sistemului Tj puterea termică transferată.
Transportul exergiei asociat cu munca
Termenul identifică activitatea de schimbare a volumului efectuată de sistem asupra mediului sau de mediu pe sistem
În ecuațiile de calcul pentru exergie, este tu pentru energia internă specifică masei, H pentru entalpia specifică masei, pentru entropia specifică masei, pentru tipar, T pentru temperatura, t pentru timp, v pentru volumul specific masei și m pentru mulțime. Indicele 0 caracterizează starea sistemului sau fluxului de material la presiunea și temperatura ambiantă (în echilibru termic și mecanic).
Ecuații de echilibru exergic
Exergia unui sistem se poate schimba datorită transportului fluxurilor de exergie asociate fluxurilor de materiale și de energie peste granița sistemului sau distrugerii exergiei în sistem. Ecuația echilibrului exergic pentru un sistem închis este deci:
și pentru un sistem deschis:
Distrugerea exergiei este cauzată de ireversibilități în timpul procesului. Relația dintre distrugerea exergiei și generarea entropiei este