Balance de energía en sistemas abiertos: Olla a presión

UNIVERSIDAD MAYOR, REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO SAN XAVIER DE CHUQUISACA

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FACULTAD DE TECNOLOGÍA

Carrera: Ing. Industrial

Materia: Laboratorio de termodinámica

Practica: N°1

Tema: Balance de energía en sistemas abiertos: Olla a presión

Integrantes:

• Canaviri López Gilda Isabel
• Martínez Torricos Claudia Daniela
• Perez Cruz Benita
• Rivera Ortega Kelin
• Villarpando Normeres Noelia

Grupo: Lunes de 2:00 PM – 4:00 PM

Fecha: 15/05/17

Docente: Ing. Virgilio Oporto Vásquez            

Sucre-Bolivia

                2017

BALANCE DE ENERGÍA

“SISTEMA ABIERTO” OLLA PRESION

1. 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.

Los balances de materia y energía son una de las herramientas más importantes con las que cuenta la ingeniería de procesos y se utilizan para los flujos de materia y energía entre un determinado proceso industrial y los alrededores o entre las distintas operaciones que lo integran. Por tanto, en la realización del proyecto de final de carrera, los balances de materia y energía nos permitirán conocer los caudales másicos de todas las corrientes materiales que intervienen en el proceso, así como las necesidades energéticas del mismo, que en último término se traducirán en los requerimientos de servicios auxiliares, tales como vapor o refrigeración. En la Memoria de Cálculo deberán incluirse los balances de materia y energía de la alternativa elegida, como un anexo de la misma. 

En realidad lo que nos interesa es conocer los cambios en los niveles de energía que puede experimentar un sistema, para lo cual es necesario definir claramente la frontera entre el sistema o sus partes y los alrededores o el entorno.

En esta práctica verificaremos el balance de energía de una olla de presión     determinando experimentalmente su masa final.

Colocando en práctica los conceptos y conocimientos de un balance de tanto de materia como de energía y demostrando que tanto se aproxima a los valores reales. 

1. FUNDAMENTÓ TEÓRICO

Olla presión.- La olla presión es un recipiente hermético para cocinar que no permite la salida de aire o liquido por debajo de una presión establecida. Debido a que el punto de ebullición del agua aumenta cuando se incrementa la presión, la presión dentro de la olla permite subir la temperatura de ebullición por encima de 100°C. Una válvula libera el vapor cuando la presión llega al límite establecido normalmente, la presión levanta un tope permitiendo que el vapor escape. Existe una válvula de seguridad regulada a una presión superior a la de funcionamiento. Si la temperatura interna (por tanto la presión) es demasiado alta, funcionaria esta válvula dejando escapar la presión. Las modernas ollas de presión se fabrican en aluminio y acero inoxidable.

Balance de energía.- El principio de la conservación de la energía expresa el cambio neto (incremento o disminución) en la energía total del sistema durante el proceso es igual a la diferencia entre la energía total que entra y la energía total que sale del sistema durante el proceso es decir: 

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Una situación muy frecuente es que el proceso sea continuo, con lo cual el término de acumulación será 0 .Tal y como se ha indicado los balances de materia y energíase pueden aplicar a una unidad de proceso (un equipo), como a todo el proceso completo. Para una unidad o equipo, podrán plantearse tantos balances de materia y energía independientes como componentes intervienen en el mismo, y a un proceso completo se le podrán plantear un número de balances independientes igual a la suma de los de todas las unidades del mismo, entendiendo como unidades de un proceso los equipos u operaciones que lo integran.

Los balances de materia y energía se basan en la ley de conservación de la materia, la cual, rigurosamente hablando, hay que aplicarla al conjunto materia-energía, y no a la materia o energía por separado. Sin embargo, en las condiciones que se dan en los procesos industriales, al no abordarse el caso de los reactores nucleares, no existe transformación de materia en energía o viceversa, con lo que la forma general del balance de materia total a un sistema, será:

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http://procesosbio.wikispaces.com/Balance+de+Energ%C3%ADa

SISTEMA.- Cualquier masa de material o segmento de equipo especificados arbitrariamente y en el cual deseamos concentrar nuestra atención. Un sistema se define circundándolo con una frontera. La frontera del sistema no tiene que coincidir con las paredes de un recipiente. Toda masa, equipos y energías externas al sistema definido se designan como entorno. Siempre debemos trazar fronteras similares al resolver los problemas, pues este paso fija claramente el sistema y su entorno (Himmelblau,1997). [pic 5]

Tipos de Sistemas:[pic 6]

1. Sistemas Abiertos: son aquellos que intercambian materia y energía con el entorno a través de las fronteras. Ej. Olla con agua hirviendo.
2. Sistemas Cerrados: son aquellos que solo pueden intercambiar energía con el entorno, pero no materia. Ej. Termo.
3. Sistemas Aislados: son aquellos en los que no se pueden intercambiar ni energía ni materia a través de las fronteras. Ej. Bomba Adiabática.                          

SISTEMA ABIERTO.-
Es aquel que presenta relaciones de intercambio con el ambiente, a través de entradas y salidas. Los sistemas abiertos intercambian materia y energía regularmente con el medio ambiente. Son eminentemente adaptativos, es decir, deben reajustarse constantemente a las condiciones del medio.
La ecuación general que rige este sistema es la siguiente:
ΔU = Q + WΔH + ΔK + ΔP = Q + WΔH = Q + W
Ejemplos:

• El motor de un auto
• Una vela realizando combustión
• Una taza de café caliente al ambiente

ESTADO.- El conjunto dado de propiedades de los materiales en un momento dado. El estado de un sistema no depende de la forma o la configuración del sistema sino sólo de sus propiedades intensivas como la temperatura, la presión y la composición.

El estado suele ser una función de 3 variables independientes:
E = f ( P,T,X)

P: Presión
T: Temperatura
X: Concentración

Dos propiedades son independientes una de la otra si existe por lo menos una variación de estado del sistema en la que una propiedad varie y la otra se mantenga fija. Aunque siempre habrá ligeras modificaciones al cambiar de estado, pero su variación suele considerarse insignificante.

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