Entropía y exergía


Es relativamente sencillo encontrar definiciones científicas, rigurosas y matemáticas de la entropía y la exergía. Sin embargo, no es tan común encontrar explicaciones coloquiales sobre el estos términos que, posiblemente por ello, son desconocidos para la mayoría de las personas. En este artículo intentaremos explicar porque estos conceptos son importantes, y que influencia tienen en la ingeniería y en la vida cotidiana.

En primer lugar definimos la entropía como una magnitud termodinámica que determina que parte de la energía de un sistema no puede emplearse en la realización de trabajo. Por su parte, la exergía es un término complementario que indica la parte que puede emplearse en la realización de trabajo. Estos dos conceptos expresan una realidad, que es que dada una fuente energética, no toda la energía disponible puede convertirse en trabajo.

Así se introduce lo que se podría denominar como "calidad" de la energía. Dados dos fluidos, el que tenga mayor temperatura tiene mayor exergía, y por tanto, es capaz de realizar mayor trabajo. Imaginemos una casa en un lago, con una temperatura ambiente de 15 ºC, y la temperatura del lago a 16 ºC. Aunque, en su conjunto, el lago tiene una enorme cantidad de energía, debido al pequeño salto térmico dispone de poca exergía. De esta forma, si yo quiero calentarme emplearé, una bolsa de agua a 60 ºC, aunque en realidad la bolsa contiene una menor cantidad de energía que el lago.

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Otro ejemplo lo tenemos en la energía eléctrica, que es prácticamente en su totalidad exergía. Esté es el motivo por el que nunca debe emplearse resistencias eléctricas para calentar un fluido, o como sistema de calefacción. La forma correcta es emplear esta energía eléctrica, de alta exergía, en realizar un trabajo (mover un motor, un compresor...) y emplear el agua de refrigeración para la obtención de calor. Este es uno de los principios de la cogeneración.

Finalmente, pongamos un ejemplo en energía solar. En una instalación de aprovechamiento solar térmico un colector solar puede generar unos 700 W/m2 de fluido a 100-110 ºC. Sin embargo, un panel foto voltaico de la misma superficie nos entregaría aproximadamente 150 W/m2. Aparentemente, tiene mucho peor rendimiento. La diferencia es que estos últimos son Watios eléctricos, es decir, de muy alta exergía. Si ahora cogemos esta energía eléctrica y los empleamos para hacer funcionar una bomba de calor (que típicamente tienen un EER de entre 4 - 4.5) tendríamos rendimientos similares que en el caso de un colector solar.

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