Calculos para balance de energia

1. ¿Que es la Energía?
La energía se define como todo aquello que puede hacer
cambiar las propiedades físicas de la materia, o bien, como la
capacidad que poseen los cuerpos para realizar un trabajo.
El uso eficiente de la energía permite reducir los costos globales de producción

2. • C.- Energía Interna.-C.- Energía Interna.-
Un sistema de procesos posee unaUn sistema de procesos posee una
energía interna en función a suenergía interna en función a su
actividad molecularactividad molecular
La energía total de un sistema pose tres componentesLa energía total de un sistema pose tres componentes
A.- Energía Cinética .-A.- Energía Cinética .-
B.- Energía Potencial :B.- Energía Potencial :

3. Balances de Energía
Junto con los balances de materia son una
herramienta fundamental para el análisis de procesos.
Contabilidad del flujo de energía en un sistema
Determinación de los requerimientos energéticos
de un proceso
Todas las corrientes de un proceso están relacionadas de forma que
dados los valores de algunas variables de las corrientes de entrada y
salida se pueden derivar y resolver ecuaciones para obtener los valores
de otras sin necesidad de medirlas.

4. Sistemas donde se pueden aplicar:
- Unidad de una planta: p.ej. Columna de rectificación,
reactor

5. Sistemas donde se pueden aplicar:
- Parte de una unidad: p.ej. Un cambiador de calor
Cambiador de calor de tubos concéntricos
en una planta de esterilización

6. Sistemas donde se pueden aplicar:
- Una planta química completa:
-P. Ej. Una refinería. Complejo síntesis de amoniaco
-

7. 





+





=





sistemaelen
acumuladaEnergía
exterioral
salequeEnergía
exteriordel
entraqueEnergía
mentra msale
Ecuación general de balance
nAcumulacióSalidaEntrada +=−+ (0)Consumo(0)Producción






=





exterioral
salequeEnergía
exteriordel
entraqueEnergía
en régimen estacionario
SISTEMA
Es posible escribir el balance de energía integral para un sistema entre dos
instantes dados. Como la energía no puede crearse ni destruirse, los términos de
generación y consumo del balance general de masa se cancelan

8. P2
P1
W
z1
z2
Expresión general del balance de energía para un sistema abierto,
En estado estacionario
m1= m2
[ ] [ ] WQsPVePVUEpEcUEpEc
dt
UEpEcd
++−+++−++=
++
))()(()()(
)(
222111
S, S1 y S2 : superficies límites del sistema ;
V: volumen del sistema ; P1 y P2 : presión
en los extremos del sistema ; V1 y V2 :
velocidad en los extremos del sistema ; z1 y
z2 : posición en los extremos del sistema ;
Q: calor intercambiado con el medio ; W:
Trabajo externo aportado al sistema (ej. por
una bomba).

9. Balance de energía en términos de la entalpía (H)
 Considerando que H = U+ PV
WQHHVVmzzgm +=−+−+− )()(
2
1
)( 12
2
1
2
212
Cambios de energía: “macroscópica” “ microscópica”

10. BALANCES ENTÁLPICOS
 Aplicación a sistemas en que no se considera la contribución
de la energía mecánica (variaciones de energía potencial y
cinética despreciables) y que no intercambian trabajo con el
medio:
WQ)VV(m
2
1
)HH()zz(gm 2
1
2
21212 +=−+−+−
Q = H2 – H1

11. PROPIEDADES DE LA ENTALPÍA
Es una función de estado del sistema.
 Es una magnitud extensiva: asociada a la cantidad total de energía
contenida en las sustancias que toman parte en el proceso.
 Es aditiva: permite establecer las ecuaciones de balance de energía.
 Cuando ∆H tiene signo negativo, el proceso es exotérmico: el
sistema desprende energía.

12. Algunas aplicaciones de los 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.

13. BALANCES ENTÁLPICOS
Valores tabulados para condiciones de referencia.
 Cambios de temperatura
donde Cp es capacidad calorífica (o calor específico) a presión constante y m cantidad
(o caudal) del componente considerado.
∑=
c
i
i,pi TCmH ∆∆
∑=
c
i
iimH λ∆
 Cambio de estado de agregación
donde λ es calor latente a presión constante y m cantidad (o caudal) del
componente considerado.

14. 1. Realizar el balance de materia del sistema.
2. Reunir de manera ordenada los datos disponibles para el balance
entálpico. Homogenizar unidades.
3. Definir una temperatura de referencia.
4. Plantear las ecuaciones del balance entálpico.
5. Resolver dichas ecuaciones.
 Procedimiento general para realizar un Balance Entálpico