Balance de energía
Balance de energía
Supóngase que se somete a un sistema en un estado energético específico, a algún proceso que provoca que cambie dicho estado.
Como la energía no puede crearse ni destruirse, para todos los casos debe cumplirse que:
Todos los cambios de energía del sistema, entre los estados inicial y final, se pueden explicar mediante intercambios de energía entre el sistema y sus alrededores.
Balance por intercambios de energía
En lo que respecta a la energía asociada con la masa, se divide en tres tipos:
Energía interna (U)
Energía cinética (K)
Energía potencial (P)
También la energía puede transferirse por:
Calor (Q).
Trabajo (W). La generación o consumo de energía dentro del sistema estará dada por reacción química o
Formas de energía en transición:
TRABAJO
Cuando el sistema efectúa trabajo sobre sus alrededores, les transfiere
cierta cantidad de energía.
De igual forma, cuando los alrededores efectúan trabajos sobre un
Formas de energía en transición: CALOR
Cuando se coloca a un sistema que está a una temperatura
La energía no se crea ni se destruye,
sólo se transforma.
Cuando dos objetos de diferente energía térmica se ponen en contacto, se
transfiere energía de uno a otro.
Por ejemplo:
Supongamos que se vacía una cubeta de carbón caliente en un recipiente con
Ecuación general de balance de energía:
No todos los términos están en juego en algunos casos el valor de los términos es muy pequeño que puede ser despreciable.
Transferencia de calor
La cantidad de calor transferido durante un proceso de denota por Q y su unidad en el S.I. es el
Julio ( J ) .
La cantidad de calor transferido por unidad de tiempo es la velocidad de transferencia de calor se denota por . Su unidad en el S.I. es el J / Q = W .
Conocida la velocidad de transferencia de calor se puede determinar la cantidad de calor transferida en un intervalo de tiempo por:
Sistemas cerrados
Un sistema es cerrado cuando la masa no atraviesa los límites del sistema
Sistemas abiertos
Un sistema es abierto cuando la masa atraviesa los límites del sistema durante el periodo del balance de energía.
En consecuencia el balance de energía para este sistema es el siguiente;
Energía neta transferida = Energía final – Energía inicial
Resultando: Q + Ws = ΔH + ΔEc + ΔEp
Algunas aplicaciones de los balances
de energía en la Industria
Recuperación máxima del Calor: optimización energética del proceso.
Calentamiento o enfriamiento de un fluido. Producción Efectiva de Calor en Hornos y Calderas. Cálculo de
Perdidas y Aislamientos. Optimación de los Procesos de Obtención de Energía Eléctrica (Cogeneración).
Cálculo del consumo de combustible para producir trabajo y calor
Sistemas donde se pueden aplicar un
balance de energía:
Una planta química completa: Por ejemplo, Una refinería. (Complejo
síntesis de amoniaco)
Sistemas donde se pueden aplicar un
balance de energía:
-
Un proceso de una planta: p.ej. Fabricación
Algunas aplicaciones de los balances de
energía en la Industria
Algunas aplicaciones de los balances
de energía en la Industria
Balances entálpicos
Aplicación a sistemas en régimen estacionario que intercambian calor
con el medio.
Incluye cambios en la temperatura, en el estado de agregación o en la
naturaleza química de las sustancias.
No se considera la contribución de la energía mecánica (variaciones de
Aplicaciones de Balances entálpicos
Cálculo de la cantidad de calor (Q) necesaria para modificar la temperatura, estado de
agregación o naturaleza química de un determinada cantidad de materia.
Cálculo del caudal de fluido refrigerante o de calefacción necesario para mantener las
condiciones de trabajo de una operación.
Cálculo de los caudales de calor intercambiado requeridos para que una operación se
realice en condiciones isotérmicas o adiabáticas.
Cálculo del consumo de combustible para producir el calor necesario en una operación.
