Balance EJEMPLOS RESUELTOS DE BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA

TEMA 5

BALANCES DE ENERGÍA

INDICE

1.  INTRODUCCIÓN

2. LEY DE CONSERVACIÓN  DE ENERGÍA

2.1.   BALANCES ENTÁLPICOS

3. EJEMPLOS RESUELTOS DE BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA

4.  RELACIÓN DE PROBLEMAS PROPUESTOS

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l. INTRODUCCIÓN.

Habitualmente   se  define  la  energía  como  la  capacidad   de  la  materia  para  producir   trabajo, pudiendo  adoptar  distintas  formas, todas ellas interconvertibles   directa o indirectamente  unas en otras.

Las dos formas  de energía  asociadas  con  la materia  son la energía potencial   (~T)  y la energía cinética  (KT)· La primera  es la que corresponde  a un  cuerpo  material  en virtud  de su posición respecto a otros.

La segunda es la que corresponde  a un cuerpo material  en movimiento  y se expresa como:

Se entiende  por energía interna (ET)  la suma de las energías potencial  y cinética correspondientes a las partículas  diminutas  constitutivas  de la materia: moléculas,  átomos y partículas  subatómicas.

El calor (q) y el trabajo (W) son formas de energía en tránsito, el primero  debido a una diferencia de temperaturas  y el segundo debido a la acción de una fuerza mecánica  que vence una resistencia al recorre un espacio.

El balance de energía es el cómputo exacto de las energías que entran,  salen y se acumulan  en una operación básica o en un proceso industrial.

2. LEY DE CONSERVACIÓN   DE ENERGÍA

Sea el sistema considerado  en el tema anterior (Figura 4.1) en el que ~T  ,  ET, y KT son las  energías potencial,  interna  y cinética  totales  del fluido  contenido  en el sistema  (Julios);  ~'  E y K son las energías  por  unidad  de  masa  de  fluido  (J/k:g);   q1,     q  y q2   son  los  flujos  de  calor  debidos  a

gradientes  de temperatura  a través de las superficies  S1,    S y S2  respectivamente  (J/m2h);   p1(V1S1)

y P2(V 2S2)  son los trabajos realizados  por las  fuerzas de presión que actúan sobre el fluido en las secciones  S1   y S2,  respectivamente  (J/h); W',  es el trabajo  intercambiado  entre el fluido y algún mecanismo  instalado  en el sistema,  como  consecuencia   de fuerzas  ejercidas  entre  ambos:  será

positivo  si fuera el fluido receptor de aquel, procedente  de una bomba, un compresor,  un agitador, etc. y negativo  si es el mecanismo  el que lo recibe como cuando se trata de una turbina,  etc. (ver figura 5.1).

Q>O

W>O

,'JSTEMA

W<O

Q <O

Figura 5.1. Criterio de signos para el calor y trabajo intercambiadopor un sistema

Un balance de energía tendrá los siguientes términos:

lACUMULACJóNJ=   [ENTRADA-SALIDA]+lAPARICJÓN     POR REACCJóNj        [3]

sustituyendo  los valores correspondientes  al sistema considerado:

trans energía convección  forzada                          trans. energía   gradiente  T"                       [4]

Despreciando  la posible  aparición de calor debida  a gradientes  de temperatura  en las secciones   1 y 2, frente a los correspondientes  transportes  energéticos  por convección  forzada,   y representando por Q'el caudal de calor (qS), esta ecuación se simplifica  a:

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