Principio de La Ingeneria Tema 3 Presentacion

7/21/2019 Principio de La Ingeneria Tema 3 Presentacion

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Balance de materia y energasin reaccin qumicaBalance de materia y energasin reaccin qumica

Universidad Nacional ExperimentalFrancisco de Miranda

rea de TecnologaAprendia!e "ialgico #nteractivo

Unidad $urricular %rincipio de #ngeniera &umica"epartamento de Energ'tica

#ntegrantes(

)ildelys trompetero*scar sivira

+ictor davila


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TEMAS

Tipos de energa que tiene un sistema

Ecuacin general de ,alance de energa

-ey de la conservacin de la energa

Ecuacin de ,alance de energa para sistemas cerrado

Ecuacin de ,alance de energa para sistemas a,ierto

$alculo de la variacin de entalpa empleando las capacidadescalori.icas/ $on cam,io de .ase y sin cam,io de .ase/ $on e!emplo/

Estados de re.erencia y trayectorias 0ipoteticas para calcular la

variacin de entalpia/E!emplo demostrativo de ,alance de materia sin reaccin qumica enun proceso de vaporiacin con mas de un componente/


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TIPOS DE ENERGAQUE TIENE UNSISTEMA

Energa potencial 1%2

Energa cin'tica132

Energainterna1U2

Entalpia142

$alor1&2

Tra,a!o1)2


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.

a ley de conservacin de la energa

AfirmaUn ejemplo


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Ecuacin general de

balance de energa


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Ecuacin de balance de energa para

sistemas cerrado.Se dice que un sistema es abierto o cerrado dependiendo que exista ono transferencia de masa a travs de la frontera del sistema durante elperodo de tiempo en que ocurre el balance de energaUna ecuacin integral de balance de energa puede desarrollarse para

un sistema cerrado entre dos instantes de tiempo.Energa inicial del sistema = Ui !i "iEnerga final del sistema = Uf !f "fEnerga transferida #5E$ = % &'os subndices se refieren a los estrados inicial ( final #Uf )Ui$ #Ecf )Eci$ #Epf ) Epi$ = % &

*onde 5E representa la acumulacin de energa en el sistemaasociada a la masa ( est+ compuesta por, energa interna #U$- energacintica #!$ ( energa potencial #"$. 'a energa transportada a travsde la frontera del sistema puede transferirse de dos modos, como calor#%$ o como ( trabajo #&


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Ecuacin de balance de energa para

sistemas abiertoen un sistema abierto se observa la transferencia de materia a travs de susfronteras cuando ocurre un proceso. *ebe realiarse trabajo sobre el sistemapara que exista una transferencia de materia /acia l ( la masa que sale delsistema realia trabajo sobre los alrededores #entorno$ ambos trminos detrabajo deben incluirse en la ecuacin de balance de energa.En la ecuacin de balance de energa para un sistema abierto debemosincluir la energa asociada a la masa que entra ( sale del sistema- con lo cualse tiene,5E 6 E78 E96 & : ) 8 5 ; : %: 4

Si se considera un proceso en estado estacionario- es decir- que no existeacumulacin de energa- la ecuacin queda% & = 5 3 : % : 4


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Calculo de la variacin de entalpa empleando las

capacidades calorificas.sin cambio$alculo de la variacin de entalpa empleando las capacidades calor.icas(9< ;mol = min de aire se en.ran de >?@ @$ 9@@@$ calcule la velocidadrequerida para la eliminacin de calor(

Aire 1g>?@$2 Aire 1g9@@$2&60 1= n aire 1 aire salida 2 naire 1 aire entrada= n aire 0 11#344$=5.36!j7mol1#894$= #33.584.94#38.9:)33.58$$= 35.3:!j7mol0 1= # 5.36!j7mol )35.3:!j7mol$=6.6; !


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ESTAO E !E"E!E#C$A Es imposible conocer los valores absolutos de % & ' para un estado dado. Donde (KJ/mol) es la suma de la energa cin(ticade las 6.02X1023 mol!"la de

"n #$amo mol de la es%e!ie& m's la ene$#a ine$mole!"la$ !ini!a * mole!"la$ deodos los 'omos * %a$!"las s"+a,mi!a) cantidades imposibles de determinarcomo '* %+, - no podemos conocer los valores de % & tampoco podemosconocer el valor ' valor en un estado especifico especficos.

En estados especficos no es necesario conocer los valores absoluto de ' o %& los % & ' especficos ) se pueden determinar mediante e/perimentos Solamente es necesario conocer los cambios % & ' para los cambios de

estados especficos& %o$ lo ano es %osi+le de mane$a a$+i$a$ia "n esado de$e-e$en!ia %a$a "na es%e!ie *

Se determinar %* %0 % ref eligiendo un estado de referencia para latransicin del estado de referencia 1asta otros estados.

i esa+le!emos $e- 0 enon!es %a$a "n esado es%e!i-i!o es la ene$#aine$na es%e!i-i!a en ese esado en $ela!i,n !on la de $e-e$en!ia. Las entalpias especificas de cada estado se pueden calcular a partir de la

definicin como '* %+, -) siempre & cuando se cono2ca el - de la especiealas T & , dadas.

Los valores % & ' en las tablas de vapor se generaron por3l siguienteprocedimiento.

Estados de referencia & tra&ectorias 1ipot(ticas

para calcular la variacin de entalpia.


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a a+la de a%o$ de a#"a 00! * 10 +a$ 2958k4/k#. Eso no si#ni-i!a "e elalo$ a+sol"o de %a$a el a#"a en esado es%e!i-i!o sea 2958k4/k# en$ela!i,n al !on el a#"a en esado $e-e$en!ial&0.

En $ela!i,n !on el a#"a en el mismo esado de $e-e$en!ia & la enal%ia es%e!i-i!adel alo$ de a#"a a 00 * 10.0 +a$. Es7

'* %+,

10 +a$ 0.30

m3

103 8.31 KJ/

(molK)

K# 1 m3 0.08.31+a$/

(molK)

7 3D=3g

Nota ( -as cantidades de C/>?9>9@? y @/@C/?9>son valoresde la constante de gases expresada en distintas unidades/


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Tra&ectorias 1ipot(ticas paracalcular la variacin de

entalpiaT!A4ECTO!$A % & ' son propiedad de estado de una especie) es decir sus valoressolo depende del estado de la especie T & estado de agregacin 5solidol6uido & gaseoso7 & en menos grado de ,5 & para una me2cla dealgunas especies su fraccin molar en la me2cla7

consecuencia cuando una especie pasa de un estado a otro % & '

para el proceso son independientes de la tra&ectoria 6ue esta siga delprimer estado al segundo. Calcular los cambios de energa interna & entalpia asociados a ciertos

procesos de manera especfica. Cambios en , con T & estado de agregacin constante Cambios en t con p & estado de agregacin constante Cambio de fase con t & p constante 5 fusin ) solidificacin)

vapori2acin condensacin & sublimacin Me2cla de dos l6uidos o solucin de dos li6uido


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Tra&ectorias 1ipot(ticas paracalcular la variacin de entalpia

E8emplo 9 la !om%$esi,n de #as :id$o#eno de 1 am a 300 am a 25 es "n %$o!eso i%o1; la -"si,n del :ielo a 0 * des%"s el !alenamieno del a#"a li"ida a 30& odo a 1am & es "n %$o!eso i%o 3se#"ido %o$ "n i%o 2; la me

* > son %$o%iedades de esados e !al!"la * > %a$a !"al"ie$ %$o!eso > >(a%o$ & 300 0 & 3 am ) ? >( solido &25 0 & 1 am)

En esa $a*e!o$ia se o+se$an "e los %asos %$ime$o& e$!e$o * "ino son de i%o 2( !am+io de @ * A !onsane ) el se#"ndo * el !"a$o son de i%o 3( !am+io de -ase a @ * A!onsanes ) * seBo %aso de i%o 1 ( !am+io de A a @ !onsane). C:o$a se dee$minan los alo$es > %a$a los %asos 1&3&5*6& "na e< enido los alo$esde la a+la * des%"s de a%li!a$ el :e!:o de "e la enal%ia es "na %$o%iedad de esado %a$a!al!"la$ la > deseada. @a+la 1

'*':+';+'3+'


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?alance de materia sin reaccin 6umica en unproceso de vapori2acin con m@s de un componente.

FC MEGC HIHDC EIHMC DE EFEF () L @EF (@) C 10 E CHMEF@C EF MCF@HFC C F EHAHEF@E EF E C C MEGC E CHEF@E C 50. E AD@ DE HIHDF@HEFE 0 MN DE L E AD@ EF OCA F@HEFE 68.MN DE . CF@ C DEE@CFEHE C C MEGC A P.Q M DE CHMEF@CHRFS

CE 7 1 M DE CHMEF@CHF

$alculamos Grado de li,ertad (variables desconocidas , # nv - nl- %$

- 5 balances de materias- 3 balance de energa@ grado s de li,ertad

?alance de total de masa 3.44 mo l = nv nl nv=4.95 mol

?alance del benceno 4.@;8nv 4.844nl nl=4.@;8 mol

"onde &60 1


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&60 16 %=3:.:!@


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GHA$#AI %*H IU ATEN$#*N

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