Principio de Conservación de la EnergíaPrincipio de Conservación de la Energía
LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
La energía ni se crea ni se destruye,
sólo se transforma.
(1a
Ley de la Termodinámica)
ENERGÍA
 Definiciones:
 Capacidad para producir trabajo.
Puede adoptar distintas formas convertibles directa o
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Primer Principio de la Termodinámica:
* Basado en las observaciones de Thompson y Sir
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Primer Principio de la Termodinámica:
* La propiedad termodinámica que deriva del
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FORMAS DE LA ENERGÍA
 Trabajo mecánico (W): Producto del desplazamiento (x) por
la componente de la fuerza que actua en l...
FORMAS DE LA ENERGÍA
 Energía Interna (U): Variable termodinámica (Función de
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ENERGÍA ASOCIADA A UN SISTEMA MATERIAL
 Energía cinética (Ec): asociada al movimiento de los
cuerpos respecto a un sistem...
* Energía cinética de un sistema material en movimiento, en función de
su velocidad:
m = masa del cuerpo
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* Energía interna de especies químicas ( U ):
 Variable o Propiedad Termodinámica asociada a la composición
química, temp...
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
 Sin transferencia de materia
Interpretación macroscópica del intercambio de energía
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Son formas de energía en tránsito, entre el sistema y sus alrededores.
* Trabajo (W), energía en tránsito debido a la acci...
FUNDAMENTOS DEFUNDAMENTOS DE
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Balances de Energía
Junto con los balances de materia son una
herramienta fundamental para el análisis de procesos.
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Balances de energía
Cualquier proceso de transformación en la naturaleza
conlleva un intercambio de energía.
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Balances de energía
Sistemas donde se pueden aplicar:
- Una planta química completa:
-P. Ej. Una refinería. Complejo sínte...
– 2NO(g) + O2(g)  2NO2(g)
– 2NO2(g) + H2O(l)  HNO2(ac) + HNO3(ac)
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Síntesis del H2SO4 (Método de contacto)
– S(l) + O2(g)  SO2(g)
– SO2(g) +O2(g)  SO 3(g) reacción catalizada por V2O5 T=4...
Balances de energía
Sistemas donde se pueden aplicar:
- Unidad de una planta: p.ej. Columna de rectificación,
reactor
Balances de energía
Sistemas donde se pueden aplicar:
- Parte de una unidad: p.ej. Un cambiador de calor
Cambiador de calo...
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V: volumen del sistema ; P1 y P2 : presión
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Expresión general del balance de energía para un sistema abierto,
En estado estacionario
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Balance de energía en términos de la entalpía
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Efectos del suministro de 1 cal = 4.18 J de
energía a una masa de 1 g de agua
 En forma de energía mecánica para elevar l...
BALANCES ENTÁLPICOS
 Aplicación a sistemas en que no se considera la contribución
de la energía mecánica (variaciones de ...
 Aplicación a sistemas en régimen estacionario
que intercambian calor con el medio.
 Incluye cambios en la temperatura, ...
PROPIEDADES DE LA ENTALPÍA
Es una función de estado del sistema.
 No se pueden calcular valores absolutos de la entalpía...
Algunas aplicaciones de los balances entálpicos
 Cálculo de la cantidad de calor (Q) necesaria para
modificar la temperat...
Q = H2 – H1
CÁLCULO DE ENTALPÍAS
-No se pueden calcular valores absolutos de entalpía
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BALANCES ENTÁLPICOS
Valores tabulados para condiciones de referencia.
 Cambios de temperatura
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BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA
Calleja Pardo, G.; García Herruzo, F.; de Lucas Martínez, A.;
Prats Rico, D. y Rodríguez Maroto,...
BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA
 Himmelblau, D.L. (1989). "Basic Principles and Calculations in Chemical
Engineering". (5ª edici...
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habla de la ley de conservacion de la energia " no se crea ni se destruye solo se transforma" primera ley de la termodinamica, planteamiento de balances entalpicos reaccion quimica, calor de mezcla: energia de intercambio cuando se disuelve un solido o un gas con un liquido, o cuando se mezclan dos liquidos o dos gases teniendo planteamiento de balances entalpicos
agrupando terminos
en los balances entalpicos se escoge siempre
permite describir el contenido energetico asociado al calor sencible de una coriente
permite utilizar datos termoquimicos
permite ubicar un procedimiento sencillo para describir la variacion de entalpia de sistemas industriales complejas
entalia de reaccion normal o standar (AH,°) entalpia de reaccion a 1 atmosfera de presion y 25°C
ley de hess: ENTALPIA DE REACCION A UNA TEMPERATURA DISTINTA A LA REFERENCIA
A+B =C

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123Balances de energia- "Reactivos y Productos" termodinamica I (TERMODINAMICA) A+B = C

  1. 1. Principio de Conservación de la EnergíaPrincipio de Conservación de la Energía
  2. 2. LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. (1a Ley de la Termodinámica)
  3. 3. ENERGÍA  Definiciones:  Capacidad para producir trabajo. Puede adoptar distintas formas convertibles directa o indirectamente unas en otras: Radiación electromagnética, Energía Potencial, Energía Eléctrica, Energía Química (de enlace), Energía Cinética, Calor. Magnitudes y Unidades - Cantidad absoluta: Energía, J, cal, kcal, kJ - Caudal: Energía/tiempo, J/s (W) - Flujo: Energía/(tiempo.superficies), W/m2 - Específica: Energía/masa, J/kg
  4. 4. Primer Principio de la Termodinámica: * Basado en las observaciones de Thompson y Sir Humphry Davy: El trabajo puede ser transformado en calor por fricción. * (1840) Joule establece la equivalencia entre trabajo y calor 4,18 kJ <> 1 kcal. * El primer principio según por el cual la energía ni se crea ni se destruye se propone en base a estas experiencias, formulándose matemáticamente como: 0=− ∫∫ cc dWdQ
  5. 5. Primer Principio de la Termodinámica: * La propiedad termodinámica que deriva del primer principo de conservación recibe el nombre de ENERGÍA INTERNA (U). 0=− ∫∫ cc dWdQ dWdQdU −= WQUUU −=∆=− 12 * Se define la energía interna de un sistema en función de la diferencia entre el calor y el trabajo que entra o sale del sistema.
  6. 6. FORMAS DE LA ENERGÍA  Trabajo mecánico (W): Producto del desplazamiento (x) por la componente de la fuerza que actua en la dirección del desplazamiento (Fx). Energía Potencial (Ep): Capacidad de producir trabajo que posee un sistema en virtud de su posición respecto a un plano de referencia. Energía Cinética (Ec): Capacidad de producir trabajo que posee un cuerpo en función de su movimiento. Calor (Q): Energía en transito de un cuerpo que se haya a una temperatura hacia otro que está a menor temperatura con el fin de igualar ambas.
  7. 7. FORMAS DE LA ENERGÍA  Energía Interna (U): Variable termodinámica (Función de estado) indicativa del estado energético de las moléculas constitutivas de la materia. Su valor se fija respecto a una referencia. Está relacionada con otras variables termodinámicas como Energía Libre (G), Entropía (S), Entalpía (H). Energía Electromagnética: Asociada con la frecuencia de onda. E=hν. Cuando interacciona con la materia toda o parte de esta energía puede ser absorbida. Normalmente su absorción se expresa como un aumento de temperatura. Energía Nuclear (Ec): Transformación de masa en energía de acuerdo a E=mc2 . Desintegraciones nucleares.
  8. 8. ENERGÍA ASOCIADA A UN SISTEMA MATERIAL  Energía cinética (Ec): asociada al movimiento de los cuerpos respecto a un sistema de referencia. Energía potencial (Ep): asociada a su posición con respecto a un sistema de referencia. Energía interna ( U ): Asociada a la composición química de la materia, a su estado energético (temperatura, volumen y presión) y a su estado de agregación (estado físico).
  9. 9. * Energía cinética de un sistema material en movimiento, en función de su velocidad: m = masa del cuerpo v = velocidad del cuerpo * Energía potencial de un sistema material en función de su posición en el campo gravitatorio: m = masa del cuerpo g = aceleración de la gravedad h = posición del cuerpo hgmEp = 2 2 1 vmEc =
  10. 10. * Energía interna de especies químicas ( U ):  Variable o Propiedad Termodinámica asociada a la composición química, temperatura y el estado de agregación de la materia.  Relacionable con otras propiedades termodinámicas, ENTALPIA Energía debida al movimiento de las moléculas con respecto al centro de masas del sistema, al movimiento de rotación y vibración, a las interacciones electromagnéticas de las moléculas y al movimiento e interacciones de los constituyentes atómicos de las moléculas. PVHU PVUH −= += VdpPdVdHdU −−=
  11. 11. FORMAS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA  Sin transferencia de materia Interpretación macroscópica del intercambio de energía entre los cuerpos para sistemas cerrados simples ( no hay transferencia de materia entre sus fronteras): T y P : Parámetros de estado del sistema SISTEMA Energía interna ALREDEDORES Intercambio de energía: calor y trabajo Sistemas abiertos: Además de las formas anteriores la asociada a la materia que se transfiere.  Con transferencia de materia
  12. 12. Son formas de energía en tránsito, entre el sistema y sus alrededores. * Trabajo (W), energía en tránsito debido a la acción de una fuerza mecánica. * Calor ( Q ): tránsito resultado de la diferencia de temperaturas entre el sistema y sus alrededores. En un sistema cerrado su balance neto es 0, en un sistema abierto, su balance neto afecta a la energía interna del sistema según el balance global sea positivo o negativo. Calor y trabajo
  13. 13. FUNDAMENTOS DEFUNDAMENTOS DE BALANCES DE ENERGÍABALANCES DE ENERGÍA «ECUACION GENERAL»«ECUACION GENERAL»
  14. 14.       +      =      sistemaelen acumuladaEnergía exterioral salequeEnergía exteriordel entraqueEnergía mentra msale Ecuación general de balance Sistema material sometido a transformaciones físicas y químicas que transcurren en régimen no estacionario nAcumulacióSalidaEntrada +=−+ (0)Consumo(0)Producción       =      exterioral salequeEnergía exteriordel entraqueEnergía en régimen estacionario
  15. 15. 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.
  16. 16. Balances de energía Cualquier proceso de transformación en la naturaleza conlleva un intercambio de energía. 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 Cálculo de la energía mecánica necesaria que hay que comunicar a un fluido para mantenerlo en movimiento Algunas aplicaciones de los balances de energía en la Industria
  17. 17. Balances de energía Sistemas donde se pueden aplicar: - Una planta química completa: -P. Ej. Una refinería. Complejo síntesis de amoniaco -
  18. 18. – 2NO(g) + O2(g)  2NO2(g) – 2NO2(g) + H2O(l)  HNO2(ac) + HNO3(ac) – 3HNO2(ac)  HNO3(ac) + 2NO(g) + H2O(l) – 4NH3(g) + 5O2(g)  4NO(g) + 6H2O(g) T altas (800ºC) Catalizador Rodio-Platino Sistemas donde se pueden aplicar: - Un proceso de una planta: p.ej. Fabricación de olefinas
  19. 19. Síntesis del H2SO4 (Método de contacto) – S(l) + O2(g)  SO2(g) – SO2(g) +O2(g)  SO 3(g) reacción catalizada por V2O5 T=400ºC, P=2atm Reacción reversible: η = 88% – SO 3(g) + H2O (l)  H2SO4 (ac) Sistemas donde se pueden aplicar: - Un proceso de una planta
  20. 20. Balances de energía Sistemas donde se pueden aplicar: - Unidad de una planta: p.ej. Columna de rectificación, reactor
  21. 21. Balances de energía 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
  22. 22. P2 P1 W z1 z2 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). Expresión general del balance de energía para un sistema abierto, En régimen no estacionario [ ] [ ] )()())()(()()( )( 222111 WsWeQsQesPVePVUEpEcUEpEc dt UEpEcd −+−+−+++−++= ++
  23. 23. P2 P1 W z1 z2 Expresión general del balance de energía para un sistema abierto, En estado estacionario m1= m2 [ ] [ ] WQsPVePVUEpEcUEpEc dt UEpEcd ++−+++−++= ++ ))()(()()( )( 222111
  24. 24. Balance de energía en términos de la entalpía  Considerando que H = U+ PV h = H / m = u + P/ρ : wq)hh()VV( 2 1 )zz(g 12 2 1 2 212 +=−+−+− Cambios de energía: “macroscópica” “ microscópica” WQHHVVmzzgm +=−+−+− )()( 2 1 )( 12 2 1 2 212
  25. 25. Efectos del suministro de 1 cal = 4.18 J de energía a una masa de 1 g de agua  En forma de energía mecánica para elevar la altura su superficie (energía potencial):  En forma de energía mecánica para aumentar su velocidad (energía cinética):  En forma de energía térmica para su calentamiento:
  26. 26. 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: Q = H2 – H1 WQ)VV(m 2 1 )HH()zz(gm 2 1 2 21212 +=−+−+−
  27. 27.  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 energía potencial y cinética despreciables) al estado energético del sistema. BALANCES ENTÁLPICOS
  28. 28. PROPIEDADES DE LA ENTALPÍA Es una función de estado del sistema.  No se pueden calcular valores absolutos de la entalpía.  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. Estructura de los términos de la ecuación del balance entálpico [ ] [ ] [ ]J/kg específica Entalpíaxkg materiade CantidadJ Total Entalpía         =    
  29. 29. 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. Calculo de Rendimientos y Propuestas de estrategias.
  30. 30. Q = H2 – H1 CÁLCULO DE ENTALPÍAS -No se pueden calcular valores absolutos de entalpía - Para aplicar la ecuación hay que establecer un estado de referencia El correspondiente a a los elementos libres de todas las sustancias a una presión y temperatura (generalmente 1 atmósfera y 25ºC) La entalpía de una sustancia (con respecto a un estado de referencia) es la suma de tres contribuciones:  Entalpía o calor de formación  Calor sensible  Calor latente Tref fi s i i Hm∑ )(, TrefTCm ipi i −∑ ∑i ii m λ T’
  31. 31. 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 ∆∆  Cambio de estado de agregación donde λ es calor latente a presión constante y m cantidad (o caudal) del componente considerado. ∑= c i iimH λ∆
  32. 32. PLANTEAMIENTO BALANCES ENTÁLPICOS Cambios energéticos: •Composición •Estado de agregación •Temperatura Caudal Composición Parámetros termodinámicos (Pe, Te ) Caudal Composición Parámetros termodinámicos (Ps, Ts ) 1 2 QH-H es =ΣΣ −      ++ s formación productossensiblecalorlatentecalor HHH ΣΣΣ Q=      ++− e formación reactivossensiblecalorlatentecalor HHH ΣΣΣ Corriente e Corriente s (Tref)
  33. 33. BALANCES ENTÁLPICOS  Reacción química  ∆Hr depende de la temperatura y es prácticamente independiente de la presión. Calor de mezcla: Energía intercambiada cuando se disuelve un sólido o un gas en un líquido, o cuando se mezclan dos líquidos o dos gases distintos.  En general, poco significativa. reactivos formación productos formaciónr HmHmH ΣΣ∆ −=
  34. 34. QHΣ-HΣΔH esr =+ ∑∑ +∆=Σ se i iiipi se i se mTCmH , , , , λ reactivos formación e i i productos formación s i ir HmHmH ∑∑ −=∆ Agrupando términos: Planteamiento de balances entálpicos ‘ ‘ ‘Tref Tref (Tref) (Tref) Tref Tref
  35. 35.  En los Balances Entálpicos se escoge siempre una temperatura de referencia ( Tref ).  Justificación: - Permite describir el contenido energético asociado al calor sensible de una corriente ( ΣHcalor sensible ). - Permite utilizar datos termoquímicos (∆Hr Tref y λTref ) obtenidos a temperaturas distintas de las de operación. - Permite establecer un procedimiento sencillo para describir la variación de entalpía de sistemas industriales complejos (alto número de corrientes con distinto caudal, composición, naturaleza química, temperatura y estado de agregación). Entalpía de reacción normal o standard (∆Hr 0 ): entalpía de reacción a 1 atmósfera de presión y 25 ºC.
  36. 36. •Ley de Hess. Cálculo de la entalpía de reacción Reaccionantes (T) Productos (T) Elementos constituyentes (T) Productos de Combustión (T) ∆Hr T HΣ T pf, HΣ T Rf, HΣ T pc, HΣ T Rc, La entalpía es función de estado, no depende del camino recorrido, sólo de los estados final e inicial ∆Hr T = - = -HΣ T pf, HΣ T Rf, HΣ T Rc, HΣ T pc,
  37. 37. Reactivos entrada (T) Productos salida (T) Reactivos (Tref) Productos (Tref) ∆Hr Tref T r Tref-T s Tref r T-Tref e ΔHHΣΔHHΣ =∆++∆ ∆Hr T •Ley de Hess. Entalpía de reacción a una temperatura distinta a la de referencia T-Tref e HΣ ∆ Tref-T s HΣ ∆
  38. 38. Reactivos entrada (Te) Productos salida (Ts) HΣ Tref-Ts s ∆ HΣ Te-Tref e ∆ Reactivos (Tref) Productos (Tref) ∆Hr Tref QHΣΔHHΣ -TrefTs s Tref r -TeTref e =++ ∆∆  Esquema del proceso introduciendo la temperatura de referencia Q HΣ Tref-Te e ∆ • Planteamiento según la Termodinámica Clásica: Ley de Hess
  39. 39. Reactivos entrada (Te) Productos salida (Ts) Productos (Te) Reactivos (Ts) ∆Hr Te HΣ Te-Ts s ∆HΣ Te-Ts e ∆ ∆Hr Ts QHΣΔH -TeTs s Te r =+ ∆1 Q QHΣΔH -TeTs e Ts r =+ ∆2 ∑∑ += − s i iie,si,pi s i TeTs s m)TCmH λ∆Σ∆ ∑∑ += − e i iie,si,pi e i TeTs e mTCmH λ∆Σ∆ Cambio calor sensible Cambio calor latente LEY DE HESS
  40. 40. PLANTEAMIENTO GENERAL DEL BALANCE ENTÁLPICO donde: QHΣ-HΣΔH esr =+ Reactor Corriente e Te Componentes A y B Corriente s Ts Componente C ∑= s Tref-Ts ss ΔHHΣ ∑∑ −== e Tref formac.e s Tref formac.s Tref rr HmHmΔHΔH ∑= e Tref-Te ee ΔHHΣ A -- B -- C -- )TT(Cm refeA,pA − )TT(Cm refeB,pB − )TT(Cm refsC,pC − 1) 2) A + B  C
  41. 41. PLANTEAMIENTO GENERAL DEL BALANCE ENTÁLPICO  En caso de ocurrir un cambio de estado en alguno de los componentes: (Por ejemplo, en el producto C) A + B (Te) Cvapor (Ts) Clíquido (Tref) ∆Hr Tref Q HΣ e A + B (Tref) =HΣ s T’=Tcambio estado A -- B -- C -- )'TT(.)vap(Cm sC,pC − )T'T(.)líq(Cm refC,pC − 'T CC m λ + + +− )TT()líquido(Cm ref ' C,pC +'T CC m λ )TT()vapor(Cm ' sC,pC −+ )TT(Cm refeA,pA − )TT(Cm refeB,pB − e HΣ s HΣ
  42. 42. 1. Realizar el balance de materia del sistema. 2. Planteamiento del proceso. 3. Reunir de manera ordenada los datos disponibles para el balance entálpico. Unificar unidades. 4. Definir una temperatura de referencia. 5. Plantear las ecuaciones del balance entálpico. 6. Resolver dichas ecuaciones. 7. Escalar cuando sea necesario.  Procedimiento general para realizar un Balance Entálpico
  43. 43. Criterios para elegir la temperatura de referencia en los balances entálpicos  Si el proceso involucra reacción química:   Se toma como Tref aquella para la cual se calcula el calor de reacción (∆HTref reacción) o las entalpías de formación (∆HTref formación ) Si el proceso involucra sólo cambio de temperatura:   La Tref se escoge de manera que simplifique el cálculo de la variación energética en el sistema. Ej. Tref . = 50 ºC si sólo interesa el balance de energía en el cambiador de calor Si el proceso involucra cambio de fase:   Se toma como Tref aquella para la cual se da el cambio de estado de agregación o fase ( λTref ) Cambiador de calor Fluido, Te = 50 ºC Fluido, Ts = 150 ºC
  44. 44. ffpfccpc esfpfescpc tcmTcm )tt(cm)TT(cmQ ∆∆ ⋅⋅=⋅⋅−= =−⋅⋅=−⋅⋅−= Integrando entre los límites  y  del cambiador: T1 T2 t2 t1 T Tp tp t T Tp tp t mc mc mf mf   ffpfccpc dtcmdTcmdQ ⋅⋅=⋅⋅−= Planteamos el balance entálpico para un elemento diferencial de longitud dx : Cambiador de calor e e s s Q : Caudal de calor (W) mc , m f : Caudal másico fluidos caliente y frío (kg/s) cp.c , cp, f : Calor específico fluidos caliente y frío (J/kg K) ∆T, ∆ t : Diferencia de Tª entre entrada y salida del cambiador (k)
  45. 45. Ejemplo: Una caldera utiliza metano como combustible. Al quemador se alimenta aire en un 15% de exceso sobre el estequiométrico. El metano se alimenta a 25 ºC y el aire a 100 ºC. Los gases de combustión abandonan la caldera a 500 ºC. Determinar la cantidad de vapor de agua saturado a 20 atm (temperatura de equilibrio, 213 ºC) que se produce en la caldera si a la misma se alimenta agua a 80 ºC. CH4, 25 ºC Aire ( 15% exceso) 100 ºC Agua 80 ºC Agua vapor (20 atm Tequilibrio=213ºC) 500 ºC - CO2 - O2 - N2 - H2O ∆Hc metano (25ºC) = -55600 kJ/kg CH4 + O2 CO2 + 2 H2O B.C. 100 kmoles CH4 - CO2 = 100 kmoles - O2 = 30 kmoles - N2 = 865,2 kmoles - H2O = 200 kmoles Aire - O2 = 230 kmoles - N2 = 865,2 kmoles
  46. 46. CH4, 25 ºC Aire ( 15% exceso) 100 ºC Agua 80 ºC Agua vapor (20 atm Tequilibrio=213ºC) 500 ºC - CO2 - O2 - N2 - H2O ∆Hc metano (25ºC) = -55600 kJ/kg CH4 + O2 CO2 + 2 H2O Comp. CH4 O2 N2 H2O CO2 Cp (kJ/kg) kmol 100 230 865,2 - - kg 1600 7360 24225 - - Tª(ºC) 25 100 100 - - kmol - 30 865,2 100 200 kg - 960 24225 4400 3600 Tª(ºC) - 500 500 500 500 Entrada Salida
  47. 47. CH4, 25 ºC Aire ( 15% exceso) 100 ºC Agua 80 ºC Agua vapor (20 atm Tequilibrio=213ºC) 500 ºC - CO2 - O2 - N2 - H2O QHΣΔHHΣ Tref-Ts s Tref r Tref-Te e =∆+∑+∆ Tª de referencia: 25 ºC ∆Hc metano (25ºC) = -55600 kJ/kg ∑∑ +∆=Σ∆ − e i iirefeipi e i TrefTe e mTCmH λ,, Cambio calor sensible Cambio calor latente Ningún compuesto sufre cambio de estado entre esas tªs [ ] [ ] [ ] kJ CCkgkJkgH TrefTe e 255453)25100)(09,1)(24225( )25100)(04,1)(7360()º2525(º/)19,2()1600( =− +−+−=Σ∆ − CH4 O2 N2
  48. 48. CH4, 25 ºC Aire ( 15% exceso) Agua 80 ºC Agua vapor (20 atm Tequilibrio=213ºC) 500 ºC - CO2 - O2 - N2 - H2O ∑∑ +∆=Σ∆ − s i iirefsipi s i TrefTs s mTCmH λ),, Cambio calor sensible Cambio calor latente H2O [ ] [ ] [ ] kJkgkJkg CCkgkJkgH TrefTs s 4,27528744)25100)(18,4)(3600(/)2382()3600()100500)(96,1)(3600( )º25500(º/)95,0)(4400()09,1)(24225()04,1)(960( =−++−+ +−+⋅++=Σ∆ − CO2,O2,N2 H2O
  49. 49. CH4, 25 ºC Aire ( 15% exceso) Agua 80 ºC Agua vapor (20 atm Tequilibrio=213ºC) 500 ºC - CO2 - O2 - N2 - H2O 6 4 109,88)/55600(1600 4 ⋅−=−⋅=∑ CHkgkJkgCHTref rΔH kJ6666 1064109,8810105,27 ⋅−=⋅−⋅⋅= =∆+∑+∆= 0,25- HΣΔHHΣQ Tref-Ts s Tref r Tref-Te e Balance en el reactor λOHpLOH mTcmQ 22 )( +∆⋅⋅= kgkJmCCkgkJm OHOH /1885)º80213(º/18,41064 22 6 +−⋅⋅=⋅ Balance en el cambiador kgm OH 262192 =
  50. 50. BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA Calleja Pardo, G.; García Herruzo, F.; de Lucas Martínez, A.; Prats Rico, D. y Rodríguez Maroto, J.M. (1999). "Introducción a la Ingeniería Química”. Síntesis. Madrid. Capítulo 7.  Felder, R.M. y Rousseau R.W. (1991). "Principios Elementales de los Procesos Químicos". Addison Wesley Iber. Wilmington. Capítulos 7,8 y 9. Costa López, J.; Cervera March, S.; Cunill García, F.; Esplugas Vidal, S.; Mans Texeidó, C. y Mata Álvarez, J. (1994). "Curso de Ingeniería Química. Introducción a los Procesos, las Operaciones Unitarias y los Fenómenos de Transporte". Reverté. Barcelona. Capítulo 4.  Costa Novella, E.; Sotelo, J.L.; Calleja, G.; Ovejero, G.; de Lucas, A.; Aguado, J. y Uguina, M.A. (1983). "Ingeniería Química. Vol. I. Conceptos Generales”. Alhambra. Madrid.
  51. 51. BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA  Himmelblau, D.L. (1989). "Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering". (5ª edición). Prentice Hall. Englewood Cliffs. New Jersey. Traducción al castellano (de la 1ª edición): “Principios Básicos y Cálculos en Ingeniería Química”. (1977). CECSA. México.  Hougen, O.A., Watson, K.M. y Ragatz, R.A. (1966). "Chemical Process Principles. Vol. I. Material and Energy Balances”. 2ª edición. John Wiley. New York. Traducción al castellano (de la 1ª edición): “Principios de los Procesos Químicos. Vol. I. Balances de materia y Energía”. (1978). Reverté. Barcelona.  Reklaitis, G.V. (1983). “Introduction to Material and Energy Balance”. John Wiley, New York.  Henley, E.J. y Rosen, E.M. (1969). "Material and Energy Balance Computations". John Wiley. New York. Traducción al castellano: "Calculo de Balances de Materia y Energía". (1973). Reverté. Barcelona.

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