Ekserji verimi

Ekserji verimi (ayrıca verimin ikinci kanunu veya oransal verim olarak da adlandırılır), termodinamiğin ikinci kanununa göre verimliliği hesaplar. Bir tesisin, mekanizmanın veya sistemin oluşturduğu ve faydalı iş için gereken toplam ekserjilerin, yine aynı sistemdeki kütle akışı veya enerji kaynaklarının potansiyel ekserjilerinin toplamına oranını ifade eder.

Motivasyon

Termodinamiğin ikinci kanununa göre hiçbir sistemdeki verim %100'ü aşamaz. Bir sistemin ısıl verimini hesaplarken, sistemin, aynı şartlar altında termodinamik olarak ne derece harika çalıştığı göz önüne alınarak karşılaştırma yapılır. Karşılaştırmada bir sistemi oransal verimi %100'e ulaşabilir. Çünkü çıkıştaki iş, girişte yapılan işin potansiyeli ile karşılaştırılır. Bir soğutma çevriminde, enerji dönüşüm verimliliği, kendi ekserji veriminden daima daha küçüktür.

Matematiksel ifadesi

Bir sürecin B ekserji dengesi;

$B_{giris}=B_{cikis}+B_{kayip}+B_{tukenen} \qquad \mbox{(1)}$

ve ekserji verimi de şöyle ifade edilir:

$\eta_B = \frac{B_{cikis}}{B_{giris}} = 1 - \frac{(B_{kayip}+B_{tukenen})}{B_{giris}} \qquad \mbox{(2)}$

Çoğu mühendislik sisteminde bu ifade şöyle düzenlenebilir:

$\eta_{B} = \frac{\dot{W}_{net}}{\dot{m}_{yakit} \Delta G^{0}_{T}} \qquad \mbox{(3)}$

Burada $\Delta G^{0}_{T}$, $\mathrm{T}$ sıcaklığı ve $p_{0} = 1 \mathrm{bar}$ basıncında (ayrıca standart Gibbs serbest enerjisi değişimi olarak da bilinir) standart serbest tepkime entalpisi; $\dot{W}_{net}$, net iş çıkışı ve $\dot{m}_{yakit}$, yakıtın kütle akış hızı.

Aynı yolla enerji verimliliği şöyle ifade edilebilir:

$\eta_{E} = \frac{\dot{W}_{net}}{\dot{m}_{yakit} \Delta H^{0}_{T}} \qquad \mbox{(4)}$

Burada $\Delta H^{0}_{T}$, $\mathrm{T}$ sıcaklığı ve $p_{0} = 1 \mathrm{bar}$ basıncında standart serbest tepkime entalpisidir. Tüm yakıtlar için $\Delta G^{0}_{T} < \Delta H^{0}_{T}$'dir. Böylece ekserji verimi, enerji veriminden daima daha büyük olmalıdır.