Exergia

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Il termine “exergìa” è un adattamento dell’inglese “exergy”, che a sua volta deriva da “ex(ternal) (en)ergy”. Precisamente, l’exergia è una funzione termodinamica corrispondente al lavoro massimo ottenibile, in assenza di variazioni di energia cinetica e potenziale, da un fluido il quale evolve da uno stato iniziale generico a uno stato finale in cui si trovi in equilibrio termodinamico con l’ambiente. Più semplicemente, l’exergia è il massimo lavoro meccanico che può essere ottenuto da un sistema quando tale sistema viene portato in equilibrio in un ambiente stabile di riferimento, che in genere è l’ambiente esterno. Quando il sistema in oggetto è in equilibrio con quello di riferimento, cioè ne ha la medesime caratteristiche di temperatura, pressione, velocità, composizione chimica, carica elettrica, ecc., l’exergia viene posta uguale a zero, il che significa che da quel sistema non è possibile ottenere altra energia. L’exergia può dunque essere utilizzata come “funzione obiettivo” perché misura la distanza di un ecosistema dall’equilibrio. La differenza tra energia ed exergia viene detta “anergia”, e il legame matematico tra le due è descritto dalla relazione Ex = E – TaS dove Ex è l’exergia del sistema, E l’energia del sistema, Ta la temperatura dell’ambiente di riferimento in gradi Kelvin e S è l’entropia del sistema. Attraverso il “Secondo Principio della Termodinamica”, è possibile dimostrare che in ogni processo reversibile l’exergia risulta costante, mentre in ogni processo irreversibile una certa quantità di exergia si trasforma irreversibilmente in anergia. Per esempio, la combustione chimica (processo irreversibile) di una caldaia sfrutta una minima parte dell’exergia disponibile, perché rompe i legami chimici e produce calore: diminuisce l’exergia e aumenta l’entropia. Le pompe di calore, invece, sfruttano maggiormente l’exergia, perché non fanno altro che spostare energia da un ambiente all’altro (processo reversibile).

 

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