EXERGY: WORK POTENTIAL OF ENERGY (TERMODINAMIKA)

  Ketika sumber energi baru, seperti panas bumi, ditemukan, hal pertama yang dilakukan adalah memperkirakan jumlah energi yang terkandung dalam sumber. Apa yang benar-benar perlu diketahui adalah potensi kerja dari sumber tersebut yaitu, jumlah energi yang dapat digunakan. Sisa energi akhirnya dibuang sebagai energi limbah dan tidak layak untuk kembali digunakan. Dengan demikian, akan sangat diperlukan alat  untuk memungkinkan kita menentukan potensi kerja yang berguna dari jumlah energi yang diberikan. Properti ini disebut exergi, yaitu ketersediaan atau energi yang tersedia.

Potensi kerja energi yang terkandung dalam suatu sistem pada keadaan tertentu adalah kerja maksimal yang didapatkan dari sistem. Kerja yang dilakukan selama proses tergantung pada keadaan awal, keadaan akhir, dan jalur proses.

Dalam sebuah analisis exergi, keadaan awal ditentukan, sehingga bukan variabel. Output kerja dimaksimalkan ketika proses antara dua sistem ditentukan dan dijalankan secara reversibel. Oleh karena itu, sifat irreversibelitas diabaikan dalam menentukan potensi kerja. Akhirnya, sistem harus dalam keadaan mati pada akhir proses untuk memaksimalkan output kerja.

Suatu sistem dikatakan dalam keadaan mati bila terjadi kesetimbangan termodinamika antara system dengan lingkungan seperti ditunjukkan pada gambar dibawah.

Pada keadaan mati, sistem berada pada suhu dan tekanan dari lingkungannya (dalam kesetimbangan termal dan mekanik); sistem tidak memiliki energi kinetik relatif atau potensial terhadap lingkungan (nol kecepatan dan ketinggian di atas nol tingkat referensi); dan tidak bereaksi dengan lingkungan (kimia inert). Selain itu, tidak ada magnet, listrik, dan efek tegangan permukaan yang tidak seimbang antara sistem dan lingkungannya, hal ini relevan dengan situasi yang dihadapi.

Pembedaan harus dibuat antara permukaan, permukaan sekitar, dan lingkungan. Menurut definisi, permukaan merupakan segala sesuatu di luar batas-batas sistem. Permukaan sekitar mengacu pada porsi lingkungan yang dipengaruhi oleh proses, dan lingkungan mengacu pada wilayah di luar permukaan sekitar yang sifatnya tidak terpengaruh oleh proses pada setiap titik. Oleh karena itu, setiap keireversibelitas selama proses terjadi dalam sistem dan permukaan, dan lingkungan bebas dari keireversibelitasnya. Ketika menganalisis pendinginan kentang panggang panas di sebuah kamar di 258C, misalnya, udara hangat yang mengelilingi kentang adalah lingkungan sekitarnya, dan bagian yang tersisa dari udara ruangan di 258C adalah lingkungan. Perhatikan bahwa suhu lingkungan langsung mengalami perubahan dari suhu kentang pada batas suhu lingkungan 258C.

Gagasan bahwa sistem harus berpindah ke system yang mati pada akhir proses untuk memaksimalkan output kerja dapat dijelaskan sebagai berikut: Jika suhu sistem pada keadaan akhir lebih besar (atau kurang) dari suhu lingkungan itu adalah, kita selalu dapat menghasilkan pekerjaan tambahan dengan menjalankan mesin panas antara dua tingkat suhu tersebut. Jika tekanan akhir lebih besar (atau kurang) dari tekanan dari lingkungan, kita masih bisa mendapatkan pekerjaan dengan membiarkan sistem memperluas tekanan dari lingkungan. Jika kecepatan akhir dari sistem ini tidak nol, kita bisa menangkap bahwa energi kinetik tambahan dengan turbin dan mengubahnya menjadi putaran kerja poros, dan sebagainya. Tidak ada pekerjaan dapat dihasilkan dari sistem yang awalnya di sumber mati. Suasana di sekitar kita mengandung sejumlah besar energi. Namun, suasana di negara mati, dan energi tidak mengandung potensi kerja.

Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa sistem menghasilkan kerja maksimal karena mengalami proses reversibel dari keadaan awal tertentu untuk keadaan lingkungan, yaitu, sumber energy akan mati. Ini merupakan potensi pekerjaan yang berguna dari sistem di sumber dan disebut exergi. Sebaliknya, itu merupakan batas atas jumlah kerja system yang dapat dihasilkan tanpa melanggar hukum termodinamika. Akan selalu ada perbedaan, besar atau kecil, antara exergi dan kerja yang sebenarnya disampaikan oleh perangkat.

Perhatikan bahwa exergi sistem di sistem tertentu tergantung pada kondisi lingkungan serta sifat-sifat sistem. Oleh karena itu, exergi adalah alat-alat dari kombinasi sistem-lingkungan dan bukan dari sistem saja. Mengubah lingkungan adalah cara lain untuk meningkatkan exergi, tapi itu jelas bukan merupakan alternatif yang mudah.

Exergi (Potensi Kerja) Terkait dengan Kinetic dan Potensi Energi. Energi kinetik adalah bentuk energi mekanik, dan dengan demikian dapat dikonversi untuk bekerja sepenuhnya. Oleh karena itu, potensi kerja atau exergi dari energi kinetik dari sistem adalah sama dengan energi kinetik itu sendiri terlepas dari suhu dan tekanan lingkungan.

Energi potensial juga merupakan bentuk energi mekanik, dan dengan demikian dapat dikonversi untuk bekerja sepenuhnya. Oleh karena itu, exergi dari energi potensial dari sebuah sistem sama dengan energi potensial itu sendiri terlepas dari suhu dan tekanan dari lingkungan. Itu adalah,

dimana g merupakan percepatan gravitasi and z adalah system elevasi relative ke level referensi di lingkungan.

Oleh karena itu, exergi energi kinetik dan potensial yang sama dengan diri mereka sendiri, dan mereka sepenuhnya tersedia untuk bekerja. Namun, energi u dan entalpi internal sistem h tidak sepenuhnya tersedia untuk bekerja, seperti yang ditunjukkan kemudian.