• Document: BALANCE DE ENERGÍA. Diseño de Plantas Industriales Programa de Ingeniería Ambiental Facultad de Ciencias Ambientales
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BALANCE DE ENERGÍA Diseño de Plantas Industriales Programa de Ingeniería Ambiental Facultad de Ciencias Ambientales ECUACIÓN GENERAL DEL BALANCE DE ENERGIA • La ecuación general del balance de energía se expresa de la siguiente forma: ECUACIÓN GENERAL DEL BALANCE DE ENERGIA • Esta ecuación puede ser aplicada a un equipo individual o a toda una planta • En la ecuación se pueden introducir algunas simplificaciones: • No hay acumulación de energía dentro del sistema • No hay generación de energía dentro del sistema • No se consume energía dentro del sistema Ecuación General del Balance de Energía • Si introducimos esas simplificaciones la ecuación se reduce a: Transferencia de energía a través = Transferencia de energía fuera. • de la frontera del sistema de la frontera del sistema Ecuación de Balance de Energía • 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 período de tiempo en que ocurre el balance de energía. Por definición un proceso intermitente es un proceso cerrado y los procesos semi-intermitente y continuo son sistemas abiertos. • Una ecuación integral de balance de energía puede desarrollarse para un sistema cerrado entre dos instantes de tiempo. • Energía final del sistema – energía inicial del sistema = energía neta transferida Ecuación de Balance de Energía • Energía final del sistema – Energía inicial del sistema = energía neta transferida • Energía inicial del sistema = Ui + Eci + Epi • Energía final del sistema = Uf + Ecf + Epf • U = energía interna • Ec = energía cinética • Ep = energía potencial Balances de Energía Para Sistemas Cerrados • Energía transferida(E) = Q + W • E = Et2 –Et1 • Los subíndices se refieren a los estrados inicial y final (Uf - Ui) + (Ecf - Eci) + (Epf - Epi) = Q +W • Si utilizamos el símbolo  para indicar diferencia se tiene: • U + Ec + Ep = Q + W luego, • E = Q + W Balances de Energía Para Sistemas Cerrados • donde E representa la acumulación de energía en el sistema asociada a la masa y está compuesta por: energía interna(U), energía cinética y energía potencial(P). • La energía transportada a través de la frontera del sistema puede transferirse de dos modos: como calor (Q) o como y trabajo (W) • Q y W representan la transferencia neta de calor y trabajo, respectivamente, entre el sistema y su entorno • Si E = 0 ; Q = - W • La ecuación es la es la forma básica de la primera ley de la termodinámica Balance de Energía para sistemas abiertos en Régimen Permanente Por definición en un sistema abierto se observa la transferencia de materia a través de sus fronteras cuando ocurre un proceso. Debe realizarse trabajo sobre el sistema para que exista una transferencia de materia hacia él y la masa que sale del sistema realiza trabajo sobre los alrededores(entorno)ambos términos de trabajo deben incluirse en la ecuación de balance de energía. En la ecuación de balance de energía para un sistema abierto debemos incluir la energía asociada a la masa que entra y sale del sistema, con lo cual se tiene: E  Et2  Et1  Q  W  H  K  P Balance de Energía para Sistemas Abiertos en Régimen Estacionario. Significa lo que entra lo que sale del sistema menos lo que entra. si consideramos régimen estacionario: E entrada = E salida; ∆E = 0 No hay acumulación de energía por lo que tenemos: Si se considera que no hay variación de energía potencial ni de energía cinética y que W = 0 se tiene: Q= ∆H= ∆H productos – ∆H Reactivos Balances Combinados de Materia y de Energía • En todos los problemas de balance de energía, sin importar que tan simples sean, se debe conocer la cantidad de material que entra y sale del proceso en caso de querer aplicar con éxito la ecuación adecuada de balance de energía. Se trabajará en condiciones uniformes. La ley de conservación de la masa suministra una serie completa de ecuaciones que incluyen para un sistema dado: • Balance de material total. • Balance de material para cada componente (o para cada especie atómica en caso de que se verifique alguna reacción química). Ejemplo BALANCES COMBINADOS DE MATERIA Y ENERGIA - Una columna de destilación procesa 100 Kg/h de una mezcla 60% de NH3 y 40% de H2O. El producto de cabeza contiene 99% de NH3 y el fondo 0,5% de NH3 . En el condensador se extraen 1.000.000 Kcal/h. Todas las entalpías se tomaron de la T de flujo correspondiente y con respecto a la misma T de referencia. Se desea cono

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