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Balance de Materia y Energía

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by

Eddie Memo

on 4 March 2014

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Transcript of Balance de Materia y Energía

Materia
y
energía

Estudiada por
Termodinámica
Therme (calor)
Dynamis (potencia o
movimiento)
Han surgido
Leyes
"Cantidad de materia
o una región en
el espacio elegida
para estudiarse"
Sistema
Separado del
entorno
A través de
Frontera
Puede ser
Fija
Móvil
Permite
clasificar
Sistema abierto
Sistema cerrado
Sistema aislado
Intercambio de masa
y energía con entorno
Sólo ocurre
intercambio
de energía con
entorno
No existe intercambio
de masa ni energía
con entorno
Posee
Propiedades
Intensivas
Extensivas
Específicas
Independientes
de masa
Como
-Temperatura
-Presión
-Densidad
Dependen del
tamaño del
sistema
Como
-Masa total
-Volumen total
-Moméntum total
Propiedades extensivas
por unidad
de masa
Equilibrio
Puede estar
en
Mecánico
De fase
Químico
Misma temperatura
a través de sistema.
No ΔT
No cambio de
presión en
algún punto
La masa de cada fase
alcanza nivel
de equilibrio y
se mantiene
La composición química
no cambia con el tiempo
(No reacción)
Térmico
Permite
concepto
de
Proceso
Cambio en que un sistema
va de un estado de
equilibrio
a otro
es
Puede ser
-Isocórico
-Isobárico
-Isotérmico
Aparatos
aprovechan
Procesos de flujo estacionario
En algún punto fijo (volumen de control) las propiedades permanecen sin cambio durante todo el proceso.
-Ley cero: "Dos cuerpos separados que están en equilibrio térmico con un tercero, también están en equilibrio térmico entre sí":
Nos enseña
Resolver
1.- Establecer problema
2.- Elaborar esquema
3.- Establecer supuestos y aproximaciones
4.-Aplicar leyes físicas
5.- Determinar propiedades
6.- Cálculos
7.- Razonamiento, verificación y discusión.
ENERGÍA
Energía Total
Suma
Macroscópicas
Microscópicas
El sistema posee como
un entero, respecto a
referencia externa
Cinética
Potencial
Resultado de
su movimiento relativo
a alguna referencia
Resultado de su elevación sobre campo gravitacional
Energía Sensible
Energía Latente
Energía Química
Energía Nuclear
Asociada a energías
cinéticas
de las moléculas
Asociada a la
fase del sistema
Enlaces atómicos de
una molécula
Fuertes enlaces
dentro del núcleo
Energía interna
(U)
Energía
Mecánica

es
Tipo de energía que
puede ser convertida en
trabajo mecánico
de manera ideal,
gracias a una máquina
Energía mecánica de
fluido en movimiento
Ejemplo
Transferencia
Transferencia
Transferencia
Transferencia
de energía por
Transferencia
de energía por
calor
Tipo de energía transferida entre dos sistemas o su entorno, por diferencia de temperaturas
Mediante
mecanismos
Conducción
Convección
Radiación
Simbología
y fórmulas
Cantidad de calor
transferida durante
el proceso
Q
Calor transferido
por unidad
de masa
q= Q/m
Calor transferido
por unidad de
tiempo
Unidades
Unidades
Unidades
(kJ/kg)
1 kJ = 0.94782 btu
1 BTU= 1.055 kJ
kJ/s =
kW
trabajo
transferencia de energía
asociada con una fuerza que
actúa a través de una distancia
es
Unidades
Similar a calor
W= kJ
w= kJ/ kg
= kJ/s = kW
Transferencia
de energía por
calor
sistema
Trabajo eléctrico
Electrones cruzando
frontera de sistema
ejercen trabajo
sobre éste
Ejemplo
Trabajo de flecha
Trabajo de resorte
-Primer Ley: "La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma":
Balance
de
energía
Energía total
que ingresa
al sistema
-
Energía total
que abandona
al sistema
=
Cambio en la
energía total
del sistema
ΔE
Energía final
del sistema
-
Energía inicial
del sistema
=
Equivale
ΔE = ΔU
en
Sistema estacionario
=
Transferencia de
calor
Transferencia de energía
Flujo másico
Tiene
Aplicaciones
como
Eficiencia
Indica el grado en que una conversión
de energía o proceso de
transferencia es realizado.
de
Conversión
de energía
donde interviene
$
Rendimiento
del equipo
toma en cuenta
"Heating value
del combustible"
que puede ser
LHV
HHV
Combustión
libera vapor
El agua producida es completamente condensada y el calor de vaporización recuperado
Cantidad de calor liberada cuando
una unidad de cantidad de combustible
es completamente quemada y los productos
son enfriados
Fórmula
Rendimiento= Q / HV
Producto de cantidad
de agua y entalpía
de vaporización
Diferencia
Permite
Aplicación en:
Reaccciones
químicas
requieren de:
Productos
Reactantes
ejemplo
Combustión
Oxidación de combustible
y liberación de energía
puede ser
Completa
Incompleta
Se obtiene CO2, H2O
Se obtiene C, H2, CO2, OH
causas
-Oxígeno Insuficiente
-Mezcla insuficiente
-Disociación
conocimiento permite
Balance de materia
Balance de energía
aplicando
Principio de conservación de masa
afirma que:
La masa de cada elemento es conservada
durante reacción
Cambio de energía en el sistema
durante reacción química
debido a
Cambio en el estado y
composición química
intervienen
-Energía latente
-Energía sensible
-Energía química
-Energía nuclear
ΔE sys = ΔE estado + ΔE composición
implica que:
Calor transferido en el proceso = Q= H prod - H react
para aplicar es necesario
comprender conceptos
Entalpía
puede ser
Entalpía de reacción
Entalpía de combustión
Entalpía de formación
Diferencia entre entalpía
de productos y reactantes
en el mismo estado
Cantidad de calor liberado
durante combustión de flujo
estable de 1 kmol de combustible
a temperatura y presión
específicas
Entalpía de una sustancia en
un estado específico debida a su
composición química.
Valor negativo
Valor positivo
Calor liberado
durante su formación
Calor absorbido
durante su formación
De esta manera se puede
Analizar
Reacción
de flujo estable
Aplicando
Reduciendo a
Reacción en
sistema cerrado
Trabajo de frontera
-Segunda Ley: Es imposible construir una máquina que no haga otra cosa que elevar un peso y causar el correspondiente enfriamiento en una fuente térmica.
-Tercer Ley: Al llegar al cero absoluto, cualquier proceso de un sistema físico se detiene, la entropía alcanza un valor mínimo y constante.
Aplicando
Q
BIBLIOGRAFÍA
Cengel, Y. y Boles, M. (2005). Thermodynamics, an Engineering Approach. Fifth Edition. McGraw-Hill Higher Education. USA.
Rolle, K. (2006). Termodinámica. Sexta Edición. Pearson Educación. México
Eddie Guillermo Sánchez Rueda
74600151
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