Mario RoblesAnah ReynosoEnrique MurilloBALANCE DE ENERGA

Balance de energaSupngase que se somete a un sistema en un estado energtico especfico, a algn proceso que provoca que cambie dicho estado.

Como la energa no puede crearse ni destruirse, para todos los casos debe cumplirse que:Todos los cambios de energa del sistema, entre los estados inicial y final, se pueden explicar mediante intercambios de energa entre el sistema y sus alrededores.

Para convertir esta expresin cualitativa a una ecuacin de balance til, necesitamos especificar las formas en que estos intercambios de energa pueden ocurrir.

Balance por intercambios de energa En lo que respecta a la energa asociada con la masa, se divide en tres tipos:

Energa interna (U)Energa cintica (K)Energa potencial (P)

Tambin la energa puede transferirse por:

Calor (Q).Trabajo (W).La generacin o consumo de energa dentro del sistema estar dada por reaccin qumica o causada por algn campo elctrico o magntico externo.

Formas de energa en transicin: TRABAJO

Cuando el sistema efecta trabajo sobre sus alrededores, les transfiere cierta cantidad de energa.

De igual forma, cuando los alrededores efectan trabajos sobre un sistema, el contenido de energa del sistema aumenta.

Formas de energa en transicin: CALORCuando se coloca a un sistema que est a una temperatura determinada dentro de un medio que se encuentra a una temperatura mayor, la temperatura del sistema aumenta en tanto que la temperatura de sus alrededores podra bajar.

La energa no se crea ni se destruye, slo se transforma.Cuando dos objetos de diferente energa trmica se ponen en contacto, se transfiere energa de uno a otro.

Por ejemplo:

Supongamos que se vaca una cubeta de carbn caliente en un recipiente con agua, el carbn transferir energa trmica al agua hasta que los materiales tengan la misma temperatura; a esto se llama equilibrio trmico.

Ecuacin general de balance de energa:No todos los trminos estn en juego en algunos casos el valor de los trminos es muy pequeo que puede ser despreciable.

Transferencia de calorLacantidad de calor transferidodurante un proceso de denota porQy su unidad en el S.I. es el Julio ( J ) .

Lacantidad de calor transferido por unidad de tiempoes lavelocidad de transferencia de calor se denota por . Su unidad en el S.I. es elJ / Q = W.

Conocida la velocidad de transferencia de calor se puede determinar la cantidad de calor transferida en un intervalo de tiempo por:

Sistemas cerradosUn sistema es cerrado cuando la masa no atraviesa los lmites del sistema durante el periodo del balance de energa. En consecuencia el balance de energa para este sistema es el siguiente:Energa neta transferida = Energa final Energa inicial Resultando:Q + W = U + Ec + Ep, como W=0.Tenemos Q = U + Ec + Ep

De donde: Q = Flujo calorfico transferido.W = Trabajo realizado en sistema.U = Variacin de la energa interna.Ec = Variacin de la energa cintica.Ep = Variacin de la energa potencial.

Sistemas abiertosUn sistema es abierto cuando la masa atraviesa los lmites del sistema durante el periodo del balance de energa.En consecuencia el balance de energa para este sistema es el siguiente; Energa neta transferida = Energa final Energa inicial Resultando: Q + Ws = H + Ec + Ep De donde: Q (Flujo calorfico transferido), Ws (Trabajo realizado en el sistema, H (Variacin de la entalpa), Ec (Variacin de la energa cintica), Ep (Variacin de la energa potencial).

Balance de energa en un intercambiador de calor.

Eficiencia en el intercambiador de calor

BALANCE DE ENERGA EN UNA SUPERFICIE -- Una superficie no contiene ni volumen ni masa y, por tanto, tampoco energa. Se puede considerar como un sistema ficticio cuyo contenido de energa permanece constante durante un proceso. El balance de energa ser: Eentra = Esale -- Balance de energa para la superficie exterior de una pared -- Eentra = Esale => Q1-punto = Q2-punto + Q3-punto -- Cuando no se conocen la direcciones de transferencia se pueden suponer todas entrantes ( dirigidas a la superficie ) y el balance de energa ser: Eentra = 0

Algunas aplicaciones de los balances de energa en la IndustriaRecuperacin mxima del Calor: optimizacin energtica del proceso. Calentamiento o enfriamiento de un fluido. Produccin Efectiva de Calor en Hornos y Calderas. Clculo de Perdidas y Aislamientos. Optimacin de los Procesos de Obtencin de Energa Elctrica (Cogeneracin). Clculo del consumo de combustible para producir trabajo y calor Clculo de la energa mecnica necesaria que hay que comunicar a un fluido para mantenerlo en movimiento

Sistemas donde se pueden aplicar un balance de energa:Una planta qumica completa: Por ejemplo, Una refinera. (Complejo sntesis de amoniaco)Un proceso de una planta: p.ej. Fabricacin de olefinas

Algunas aplicaciones de los balances de energa en la Industria Unidad de una planta: p.ej. Columna de rectificacin, reactor

Algunas aplicaciones de los balances de energa en la IndustriaCambiadores de Calor

Balances entlpicos Aplicacin a sistemas en rgimen estacionario que intercambian calor con el medio. Incluye cambios en la temperatura, en el estado de agregacin o en la naturaleza qumica de las sustancias. No se considera la contribucin de la energa mecnica (variaciones de energa potencial y cintica despreciables) al estado energtico del sistema.

Aplicaciones de Balances entlpicos Clculo de la cantidad de calor (Q) necesaria para modificar la temperatura, estado de agregacin o naturaleza qumica de un determinada cantidad de materia.

Clculo del caudal de fluido refrigerante o de calefaccin necesario para mantener las condiciones de trabajo de una operacin.

Clculo de los caudales de calor intercambiado requeridos para que una operacin se realice en condiciones isotrmicas o adiabticas.

Clculo del consumo de combustible para producir el calor necesario en una operacin.

Calculo de Rendimientos y Propuestas de estrategias