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DESARROLLO DEL ESTUDIO DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
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BALANCE DE MATERIA MATERIA Y ENERGIA ENERGIA SESION: 9 – ENERGIA Y BALANCES DE ENERGIA
ING. JORGE LUIS LEON LLERENA
Rev. 0 Ene 2013
CONCEPTOS
SISTEMA
ENTORNO
SISTEMA: Parte en estudio (porción de masa, conjunto, uno, o parte de un equipo)
Frontera
PROPIEDADES: PROPIEDAD EXTENSIVA: EXTENSI VA: dependen depende n de la cantidad de masa PROPIEDAD INTENSIVA: no dependen de la cantidad de masa ESTADO DEL SISTEMA: Se define con un conjunto de propiedades intensivas P.EJ. TEMPERA T EMPERATURA, TURA, PRESION, COMPOSICION P.EJ. ENT E NTALPIA ALPIA ESPECIF. , ENERGIA EN ERGIA INTERNA INT ERNA ESPECIFICA ES PECIFICA
REGLA DE FASES: GRADOS DE LIBERTAD = COMPONENTES – FASES + 2
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGIA
CONDUCCION Ley de Fourier
RADIACION CONVECCION Ley de Newton (convección libre)
Ley de Stefan-Boltzmann
INTERCAMBIO DE ENERGIA EN UN SISTEMA CERRADO: Trabajo Mecánico En la compresión de un gas;
Calor
Trabajo Eléctrico Trabajo de Eje o Trabajo de Flecha
UNIDADES DE ENERGIA- TRABAJO:
UNIDADES DE ENERGIA- CALOR:
FORMAS DE ENERGIA ENERGIA CINETICA Es la energía debida al movimiento de un sistema respecto a alguna referencia.
ENERGIA POTENCIAL Es la energía debida a la posición del sistema en un campo de potencia (; p. ejm. gravitacional)
ENERGIA INTERNA Es la energía por el movimiento de moléculas (respecto a su centro de masa). Las moléculas, rotan, vibran, interactúan entre ellas (sus atomos y elementos subatómicos).
∼0
ENTALPIA Es una propiedad intensiva que ocurre en la ecuacion del balance de energia para sistemas abiertos.
∼0
a bajas presiones Para gases ideales
FUNCIONES PUNTO, O DE ESTADO • • •
TEMPERATURA PRESION COMPOSICION
• •
ENTALPIA ESPECIFIFICA ENERGIA INTERNA ESPECIFICA
REGLA DE FASES: GRADOS DE LIBERTAD = COMPONENTES – FASES + 2
FUNCIONES PUNTO
∆H ∆U
ECUACION GENERAL DEL BALANCE DE ENERGIA
Energía
Energía
+ Generación - Consumo
ENTORNO
Sistema
BALANCE DE ENERGIA EN UN SISTEMA CERRADO No hay transferencia de masa No hay reacción química
: si no hay cambio de temperatura, fase, reaccion quim.,
∆Ek
=0 : si no hay cambio de velocidad (no hay aceleración)
∆Ep
=0 : si no hay cambio de altura
∆P bajos
Q =0 : A igual temperatura que el entorno, o para Sistema adiabático.
BALANCE DE ENERGIA EN UN SISTEMA CERRADO:
El gas gana 8 370 J de energía interna al pasar de 25°C a 100°C
El ejemplo anterior:
Se transfirieron 8 370 J de calor
Después se libera el pistón y el gas realiza 100 J de trabajo para mover al pistón a su nueva posición de equilibrio. La temperatura final del gas es de 100°C
Se requiere transferir 100J de calor adicionales
BALANCE DE ENERGIA EN UN SISTEMA ABIERTO EN ESTADO ESTACIONARIO
Q (+)
MASA (ENERGIA)
W (-) MASA
SISTEMA ABIERTO Q (-)
(ENERGIA)
W (+)
ENTORNO
entrada = salida
BALANCE DE ENERGIA EN UN SISTEMA ABIERTO EN ESTADO ESTACIONARIO
Son las velocidades de flujo másico, energía cinética, potencial e interna de la j-esima corriente de proceso
El trabajo W es igual al trabajo de eje W s(trabajo de flecha) mas el trabajo de flujo W f El trabajo de eje: La máxima cantidad de trabajo que puede obtenerse de un componente donde se realiza trabajo La mínima cantidad de trabajo que debe suministrarse para desplazar al fluido
El trabajo de flujo:
Para un sistema abierto: (Hay transporte de materia hacia adentro y hacia fuera del sistema.)
Es el trabajo que realiza para salir del volumen de control venciendo la oposición del fluido le precede. O bien es el trabajo hecho sobre la sustancia por el fluido que le sigue para entrar al volumen de control. A veces escrito similarmente al trabajo de expansión o comprensión de sistemas cerrados
Wf = P2 V2 – P1 V1
El trabajo W es igual al trabajo de eje Ws(trabajo deflecha) mas el trabajo de flujo Wf
Tenemos:
Recordar que no hay acumulación de masa: m entrada =masa salida =m
Si la entalpia especifica es la misma para todas las corrientes:
