Globale analyse

In grote lijnen wordt hier aangegegeven hoe een exergie-analyse in zijn werk gaat en welke gegevens nodig zijn.

Systeemgrenzen
Stel vast van welk apparaat of (deel)proces je een exergie-analyse wilt doen en welke (rand)apparatuur je wel/niet wilt meenemen in de analyse. Met andere woorden: stel de systeemgrenzen vast.

Inventarisatie stromen
Inventariseer welke energiestromen (massa, warmte en arbeid) de systeemgrenzen passeren.

Soort analyseresultaten
Bedenk of je (zie ook 'presentatie resultaten'):

1. absolute exergiewaarden van de massastromen nodig hebt

2. exergiewaarden t.o.v. een zelfgekozen referentie wilt berekenen

3. uitsluitend exergieverliezen wilt berekenen

ad a: absolute exergiewaarden (zie 'Achtergrondinformatie') van massastromen zijn nodig voor het berekenen van de exergieverliezen die gepaard gaan met spui- of andere (afval)stromen die het systeem verlaten.

ad b: wanneer het doel van een exergie-analyse het opsporen, interpreteren en zoveel mogelijk beperken van exergieverliezen optredend binnen de systeemgrenzen is, wordt veelal dezelfde referentie gekozen als bij energie-analyses het geval is [3].

ad c: wanneer het doel van de exergie-analyse het bepalen van exergieverliezen binnen de systeemgrenzen is, zijn (absolute) exergiewaarden niet nodig. Exergieverliezen kunnen namelijk berekend worden uit het verschil in exergie tussen de in- en uitgaande stromen van een apparaat of (deel)proces.

Verzameling gegevens
Voor veel stromen/stoffen kunnen de gegevens direct overgenomen worden uit softwarepakketten (flowsheeters) die gebruikt worden voor het modelleren/simuleren van apparaten en processen. De benodigde gegevens zijn afhankelijk van welke resultaten berekend moeten worden (zie 'presentatie resultaten'):

1. exergiewaarden berekenen

   Hiervoor zijn de enthalpie- en entropiewaarden van de massastromen evenals de enthalpie- en entropiewaarden bij 1 bar en 25 °C nodig. Voor het bepalen van absolute exergiewaarden moet nog de chemische exergiewaarde van de massastromen bepaald worden (zie 'Chemische exergiewaarden').

2. uitsluitend exergieverliezen berekenen

   In dit geval zijn alleen de entropiewaarden van de massastromen nodig.

In beide gevallen moeten van de warmtestromen de hoeveelheid warmte en de temperatuur van die warmte, en van arbeidstromen de hoeveelheid verzameld worden.

Berekening exergiewaarden
Voor de berekening van de exergiewaarden kan een softwarepakket (zie 'Programmatuur') gebruikt worden. Om een beeld te krijgen van de achterliggende berekeningen worden hieronder de algemene formules gegeven.

De exergiewaarde van arbeid is gelijk aan de hoeveelheid arbeid: Ex_w = W

De exergiewaarde van warmte is gelijk aan: Ex_q = (1 - T₀/T) * Q

waarin:
T₀ = omgevingstemperatuur (meestal 298,15 K (= 25 °C))
T = temperatuur van de warmtestroom
Q = hoeveelheid warmte (in Joules per tijdseenheid)

De berekening van de exergiewaarde van massastromen is afhankelijk van welke resultaten berekend moeten worden (zie 'Presentatie resultaten'):

1. absolute exergiewaarden

   Voor de berekening van absolute exergiewaarden van massastromen dienen de aanwijzingen bij 'Achtergrondinformatie' opgevolgd te worden.

2. exergiewaarden t.o.v. zelfgekozen referentie

   De exergiewaarden van massastromen zijn in dit geval gelijk aan: Ex_m = (H - H₀) - T₀ * (S - S₀)

   waarin:

   H = enthalpiewaarde van de massastroom

   H₀ = idem, maar dan bij 1 bar en 25 °C

   T₀ = omgevingstemperatuur (meestal 298,15 K (= 25 °C))

   S = entropiewaarde van de massastroom

   S₀ = idem, maar dan bij 1 bar en 25 °C

Berekening resultaten
Het exergieverlies veroorzaakt door een apparaat of (deel)proces wordt berekend door de totaal toegevoerde exergie te verminderen met de totaal afgevoerde exergie in de vorm van massastromen, warmte en arbeid. Het exergieverschil tussen de in- en uitgaande massastromen kan berekend worden uit de entropiewaarden van die stromen en de omgevingstemperatuur ([5]), waardoor het niet nodig is de (absolute) exergiewaarden van de massastromen te bepalen.

Voor de berekening van exergierendementen wordt verwezen naar het tabblad 'resultaten'.

Presentatie resultaten
Weergave van de resultaten van de exergie-analyse in geschikte diagrammen en nagaan waar de grootste verliezen optreden.

Vermindering verliezen
Tenslotte dient nagedacht te worden over de vermindering van de berekende exergieverliezen. Hierbij kan gebruik gemaakt worden van de informatie gegeven op het tabblad 'wat is het?/oorzaak kwaliteitsverlies/specifieke apparaten'.