Mühendislik Termodinamiği · 8. Ünite: Ekserji (Kullanılabilir Enerji) - Termodinamik II

Kapalı ve Açık Sistemlerde Ekserji Transferi ve Yıkımı

Enerji dengesi her zaman kapanır; ekserji dengesi ise tersinmezlikler nedeniyle bir yıkım terimi gerektirir. Isı, iş ve kütle akışı ekserjiyi sisteme taşır ve sistemden çıkarır; sistemin içinde ise entropi üretimi ekserjiyi yok eder. Bu konuda kapalı ve açık sistemler için ekserji dengesini kuracak, türbin, kompresör, kısılma vanası, ısı değiştirici ve karışım odasında yıkımı hesaplayacak ve bir cihazın tersinmezliğinin yerini göstereceksin.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Kayıp Enerji Değil, Kayıp İş Potansiyeli

  2. Ekserji Transfer Mekanizmaları

  3. Kapalı Sistemde Ekserji Dengesi (Türetme)

  4. Açık Sistemde Ekserji Hız Dengesi

  5. Çözümlü Örnekler

  6. Simülasyonla Keşif: Yıkımın Dağılımı

  7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Ekserji dengesi (exergy balance)
Giren ekserji − çıkan ekserji − yıkılan ekserji = sistemin ekserji değişimi; enerji dengesinden farkı yıkım terimidir.
Ekserji yıkımı (exergy destruction)
Sistem içindeki tersinmezlikler nedeniyle yok olan ekserji: X_yık = T₀S_üretim ≥ 0.
Ekserji transferi
Isı, iş ve kütle akışıyla sistem sınırından geçen ekserji.
Isıyla ekserji transferi
X_ısı = (1 − T₀/T_b)Q; sınır sıcaklığı çevreye eşitse sıfırdır.
Sınır işi ve çevre işi
Kapalı sistemde yararlı ekserji transferi W − P₀(V₂ − V₁); P₀(V₂ − V₁) atmosfere karşı yapılan iştir.
Atık ekserji (exergy loss)
Sistem sınırından çevreye çıkan ve kullanılamayan ekserji (ör. egzoz akımı); yıkım değildir.
Gouy–Stodola bağıntısı
Ẋ_yık = T₀Ṡ_üretim; entropi üretiminin ekserji yıkımına dönüşümü.
Ekserji verimi (cihaz)
Faydalı çıktı ekserjisinin giren ekserjiye oranı; η_II = 1 − X_yık/X_giren (egzoz kayıp sayılırsa).

Örnek soru

Bir sistemin sınırından ekserji hangi mekanizmalarla geçer?

  1. Yalnızca iş ile
  2. Yalnızca ısı ile
  3. Isı ile, iş ile ve (açık sistemde) kütle akışı ile
  4. Yalnızca kütle akışı ile; kapalı sistemde ekserji transferi yoktur
  5. Isı, iş ve kütle akışının yanında entropi üretimi ile de

Doğru cevap: C

Çözüm

1. Isı ile: $X_{\text{ısı}} = (1 - T_0/T_b)Q$.
2. İş ile: $X_{\text{iş}} = W$ (kapalı sistemde sınır işi için $W - P_0(V_2 - V_1)$).
3. Kütle akışı ile (yalnızca açık sistemde): $X_{\text{kütle}} = m\psi$.
Entropi üretimi ekserji taşımaz; sistemin içinde ekserjiyi yok eder ($X_{\text{yık}} = T_0 S_{\text{üretim}}$) ve sınırı geçen bir terim değildir.

Mühendislik Termodinamiği: tüm konular