PRÁCTICA 3 BALANCES DE ENERGÍA EN ESTADO INESTABLE, MEZCLADO NO IDEAL

       PRÁCTICA 3

BALANCES DE ENERGÍA EN ESTADO INESTABLE, MEZCLADO NO

IDEAL, INTERMITENTE DE SOLUCIÓN

1. INTRODUCCIÓN

El principio de conservación de la energía (primera ley de la termodinámica) brinda una base sólida para estudiar las relaciones entre las diversas formas de interacción de la energía [1]. Se dice que un sistema es abierto o cerrado dependiendo que exista o no transferencia de masa a través de la frontera del sistema durante el periodo de tiempo en que ocurre el balance de energía.

Por definición, un proceso intermitente es un proceso cerrado y los procesos semiintermitente y continuo son sistemas abiertos.

Una ecuación integral de balance de energía puede desarrollarse para un sistema cerrado entre dos instantes de tiempo, es decir:

Energía final del sistema – energía inicial del sistema = energía neta transferida      (3.1) O sea:

                                Energía inicial del sistema = U1 + Eci + Epi             (3.2) 

Energía final del sistema = Uf + Ecf + Epf                    (3.3) Donde:

U = energía interna

Ec = energía cinética

Ep = energía potencial

La energía transferida (ΔE) =  Q + W                 (3.4) Entonces:

                                 ΔE = Et2 – Et1                                       (3.5) 

Nota: Et2 y Et1 se refiere a la  energía total en la fase final (2) y fase inicial (1).

Por lo que:

        (Uf – Ui)  + (Ecf – Eci) + (Epf –Epi) = Q + W                         (3.6) 

SI ocupamos el símbolo Δ para indicar cambio de estado o diferencia de estado, entonces se tiene:

                 ΔU + ΔEc + ΔEp = Q + W                                  (3.7) 

Donde ΔE representa a la acumulación de energía en el sistema asociada a la masa y está compuesta por la energía interna (U), energía cinética (Ec) y energía potencial (Ep).

Entonces:

                        ΔE = Q + W                                                 (3.8)

Si la energía total se toma como energía interna (U), entonces tendremos que:  

                        ΔU = Q – W                                                   (3.9)

La energía transportada a través de la frontera del sistema puede transferirse de dos modos: como calor (Q) o como trabajo (W), es decir, Q y W representan la transferencia neta de calor y trabajo, respectivamente, entre el sistema y su entorno.

Ahora, si para un balance de energía en estado inestable, mezclado no ideal, intermitente de solución la ΔE = 0 (cero), entonces Q = -W

Lo que nos representaría que la ecuación (3.9) es la forma básica de la Primera Ley de la Termodinámica, es decir, el principio de conservación de la energía donde brinda una base sólida para estudiar las relaciones entre las diversas formas de interacción de la energía estableciendo que “la variación en la energía interna de un sistema es igual a la energía transferida a los alrededores o por ellos en forma de calor y de trabajo” o sea que “la materia no se crea ni se destruye, solamente se transforma” (balance de energía).

Si para esto, tomamos en consideración que el trabajo (W) es la relación de presión con e incremento de volumen, y si hablamos particularmente de un sistema isobárico (proceso termodinámico que ocurre a presión constante) y principalmente de un sistema de tipo isocórico (proceso termodinámico a volumen constante), entonces la ecuación (3.9) será igual a ΔU = ΔQ.

Si sabemos que la energía interna (U) se puede definir en términos de energía interna, entonces se tendría que:

                                                 ΔU = ΔH = ΔQ                                            (3.10) 

La entalpia también se puede definir en términos de la capacidad calorífica a presión  constante (Cp)  respecto a una diferencia de temperatura, o sea:

                                                  ΔH = [pic 1]!!𝐶𝑝𝑑𝑇                                              (3.11) 

Ecuación General del Balance de Energía

La ecuación general del balance de energía se expresa (con palabras) de la siguiente forma:  

Acumulación           de                       transferencia           de           energía            transferencia           de           energía          

        Energía           dentro                   =                   a           través           de           la           frontera                   -­‐                   fuera           de           la           frontera                   +          

         del           sistema                   del           sistema                   del           sistema          

  energía           generada                                              -­‐                    energía           consumidadentro           del           sistema                                                                                          (3.12) dentro           del           sistema           [pic 2]

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