Balance de Energia en Sistemas Abiertos

Lección 33. Balances de energía para sistemas abiertos a mayor parte de los procesos industriales tienen lugar en sistemas abiertos. Cuando se lleva a cabo un proceso semicontinuo o continuo se denomina un sistema abierto. En un sistema abierto es posible la transferencia de masa y de energía a través de sus límites; la masa contenida en él no es necesariamente constante. Una pared también puede ser semipermeable, si permite el paso sólo de algunas sustancias. En los procesos técnicos se toma una serie de flujos continuos de masa que son sometidos a interacción entre sí y con su entorno. e ntorno. Estas interacciones producen transformaciones de tipo físico y químico dando lugar a intercambios energéticos de tipo me cánico o térmico con el exterior exter ior del sistema y a la obtención de nuevas cor rientes continuas de masa como producto del proceso. Estos procesos de transformación e intercambio energético, t ienen lugar, por tanto en sistemas termo-dinámicos abiertos. Figura 34. Sistema abierto

Fuente: http://ocw.upm.es/maquinas-y-motores-termicos tr abajo realizato por un sistema abierto sobre Trabajo de flujo y de flecha:  La velocidad neta de trabajo sus alrededores se expresa como: W= Ws+Wfl Donde Ws= trabajo de flecha o velocidad de t rabajo realizada por el fluido del proceso sobre alguna parte móvil dentro del sistema Wfl=Trabajo de flujo o trabajo realizado por el fluido en la salida del sistema menos la velocidad de trabajo realizada sobre el fluido en la entrada del sistema Para comenzar explicaremos la expresión trabajo de flujo. A una unidad de proceso ingresa y sale un volumen de un fluido a una presión. El fluido que entra al sistema ex perimenta trabajo realizado sobre él por el fluido que se encuentra justo detrás por lo tanto; Wentrada=Pentrada*Ventrada

Mientras que el fluido de salida realiza el trabajo sobre el flujo anterior de tal manera que Wsalida=Psalida*Vsalida Por lo tanto; Wfl= Psalida*Vsalida - Pentrada*Ventrada Si existen varias corrientes de entrada y salida llegan y se van del sistema, los productos PV de cada una deberán sumarse para determinar Wfl Propiedades específicas: Son cantidades intensivas que son obtenidas a partir de la división de

una propiedad extensiva entre la cantidad total del mate rial del proceso, por ejemplo si el volumen de una sustancia es 300 cm 3 y la masa es de 300 g, su volumen específico es de 1 cm3/g; si la velocidad del flujo másico es de 100 Kg/min y la de flujo volumétrico es 150 l/min, el volumen específico del material será de (150 l/Min)/(100 Kg/Min)= 1.5 l/Kg. La energía cinética específica es, la energía cinética de la corriente, 300 J/min, sobre el flujo másico, Ec’= (300

J/min)/(100 Kg/min)=3 J/Kg La energía interna específica al ser una propiedad intensiva depende de la temperatura y presión por lo tanto si a una temperatura y presión determinada Uˆ=J/Kg con una masa en Kg entonces la energía total es igual a:

U=m(Kg)* (J/Kg) 1. 2. 3. 4.

Si no ocurren cambios de Temperatura, fase o reacciones químicas, Si no existen grandes distancias verticales en la entrada y salida de un sistema, entonces Ep=0 Si el sistema y sus alrededores están a la misma temperatura o si el sistema esta asilado por completo Q=0 y el proceso es adiabático Si no se transmite energía a través de las fronteras del sistema mediante alguna parte móvil entonces Ws=0

Ejemplos

Cálculo de la entalpía

La energía específica del He a 300 K y 1 atm es 3800 J/mol y su volumen molar a las mismas condiciones es de 24.63 l/mol. Calcular la entalpía del helio con una velocidad de flujo molar de 250 kmol/h