Balance de Energía con y sin Reacción Química

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[INGENIERIA AMBIENTAL] 
[BALANCE DE ENERGIA]
[18/12/2021] 
Datos: 
Nombre: Tomm Anthony Cuasapaz Aldas
Código: 492 
Facultad: Ciencias 
Sede: Orellana 
Balance de Energía Con y Sin Reacción Química 
Un balance de masa o de materiales es una secuencia de cálculos que permite llevar la 
cuenta de todas las sustancias que intervienen en un proceso de transformación, 
satisfaciendo la ley de la conservación de la masa, la cual establece que la materia se 
transforma, pero no se crea ni se destruye. Un balance de materia es, pues, una 
contabilidad de los materiales que toman parte del proceso. Las sustancias pueden 
entrar, salir, producirse, acumularse o consumirse durante el proceso. Se entiende por 
proceso cualquier conjunto de operaciones que produce una transformación física o 
química en una sustancia o en un grupo de sustancias. Todas las sustancias que ingresan 
en un proceso reciben el nombre de alimentación o entrada, mientras que las que 
emergen del proceso se llaman producto o salida. Un proceso puede estar constituido 
por varias unidades de proceso, recibiendo este nombre cualquier aparato o sitio donde 
se lleve a cabo una operación de transformación. Un proceso puede tener sólo una 
unidad de proceso. 
https://melenaramirez.files.wordpress.com/2013/08/iii-unidad-balance-de-energc3ada.docx#:~:text=El%20balance%20de%20energ%C3%ADa%20se,se%20destruye%2C%20s%C3%B3lo%20se%20transforma.&text=En%20un%20balance%20total%20de,de%20los%20l%C3%ADmites%20del%20sistema.
https://melenaramirez.files.wordpress.com/2013/08/iii-unidad-balance-de-energc3ada.docx#:~:text=El%20balance%20de%20energ%C3%ADa%20se,se%20destruye%2C%20s%C3%B3lo%20se%20transforma.&text=En%20un%20balance%20total%20de,de%20los%20l%C3%ADmites%20del%20sistema.
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Sin Reacción Química 
Ley de conservación de la energía. 
Balance de energía: 
• Contabiliza energía que ingresa, sale y se acumula en un sistema. 
• Se basa en la Ley de Conservación de la Energía: 
– “La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. 
Los balances de energía se llevan a cabo en plantas de proceso, por ejemplo, para 
cuantificar: 
 
➢ La potencia necesaria para bombear un líquido de un tanque a una unidad de 
proceso para determinar la capacidad de la bomba. 
➢ La cantidad de energía necesaria para evaporar una cantidad de agua. 
➢ La cantidad de vapor requerida para alimentar un evaporador de jugos. 
➢ El flujo de amoníaco necesario en un sistema de enfriamiento para mantener una 
baja temperatura de un cuarto frío. 
 
El balance de energía se basa en la Ley de la Conservación de la Energía, que indica que 
en un proceso, la energía no se crea, ni se destruye, sólo se transforma. 
En un balance total de energía se toma en cuenta las transferencias de energía a través 
de los límites del sistema. Ciertos tipos de 
energía están asociados a la masa que fluye, 
otros como el Q (calor) y el W (Trabajo) son 
solo formas de transmisión de energía. 
 
 
 
 
 
 
La energía se define como todo aquello capaz de generar un trabajo, siendo el trabajo el 
producto de la fuerza por una distancia. (Valiente, 2012) 
𝑾 = 𝑭 ∗ 𝒅 
El calor es una forma de energía y se mide a través de variaciones de temperatura. 
También se define como la energía que se transfiere de un cuerpo a otro mediante una 
diferencia de temperaturas. El calor se mide en kilocalorías o BTU. La relación de calor 
y trabajo es: 
 
Energía 
entrante 
al 
sistema 
= 
Energía 
saliente 
del 
sistema 
+ Acumulación 
L1 
Ec1 
Ep1 
Epr1 
U1 
Q W 
 
SISTEMA 
2 1 
L2 
Ec2 
Ep2 
Epr2 
U2 
En donde: 
Ec= Energía Cinética V= Volumen 
U= Energía Interna W= Trabajo 
L= Flujo másico Epr= Energía de presión 
Ep= Energía Potencial Q= Calor 
 
 
5 
 
1 kcal = 4185 julios = 426.6 kgm 
1BTU = 778 lb − pie 
Energía Interna (U): es la energía suministrada a un sistema por unidad de masa. La U 
es la sumatoria de todas las energías que contiene un cuerpo y es definida por la primera 
ley de la termodinámica. 
∆𝐔 = 𝐐 − 𝐖 
Balance Energético 
Todo lo que entra al sistema se va a considerar positivo (+) y todo lo que sale del 
sistema se va a considerar negativo (-). 
Es una expresión matemática que se basa en la conservación de la energía, (donde la 
energía es indestructible), por consiguiente, se hace un análisis de la energía 
suministrada al sistema, la energía que sale, la que se acumula y la que se genera dentro 
del sistema. La combustión es una energía generada, siempre que haya reacción química 
en el sistema (Gamero, 2012). 
Energía Cinética (Ec): Es la energía que tiene un cuerpo en movimiento. El trabajo 
que se efectúa sobre un objeto, la fuerza neta o resultante que actúa en él, es igual al 
cambio de energía cinética causada por la fuerza. 
También se conoce como la energía mecánica de un cuerpo en movimiento debido a la 
masa que se mueve a la velocidad con que lo hace. 
𝐄𝐜 = 
𝟏
𝟐
 𝐦 ∗ 𝒗𝟐 
• La energía cinética de un cuerpo en reposo es nula; cuando la velocidad (v = 0) 
Energía Potencial (Ep): Es la que posee un cuerpo en función de su posición o altura. 
La Ep es la capacidad para realizar el trabajo que tiene un cuerpo o un sistema debido a 
su posición o a su configuración. Entre los sistemas conservativos deben considerarse 2 
ejemplos importantes: la Fuerza de Gravedad y la Fuerza Elástica. 
La Ep viene dada por la expresión matemática 𝐄𝐩 = 𝐦 ∗ 𝐠 ∗ 𝐡 
 
Entalpía: Es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede 
intercambiar en su entorno. (Felder, 1939) 
 
 
6 
 
Balance General de Energía 
Acumulaci
ón de 
Energía 
dentro del 
Sistema 
= 
Transferencia 
de energía 
hacia el 
sistema a 
través de los 
límites del 
mismo 
- 
Transferencia 
de energía 
fuera del 
sistema a 
través de los 
límites del 
mismo 
+ 
Generación 
de Energía 
dentro del 
sistema - 
Consumo 
de 
energía 
dentro del 
sistema 
 
𝐀 = 𝐐𝐞 − 𝐐𝐬 + 𝐆 − 𝐂 
En lo que respecta a la energía asociada con la masa, ya sea la del propio sistema o la 
transportada a través de los límites del mismo, ésta se dividirá en 3 tipos: Energía 
Interna (U), Energía Cinética (Ec) y Energía Potencial (Ep). 
Además de la energía transportada a través de los límites del sistema por el flujo de 
masa que entra y sale del mismo, la energía puede transferirse por calor (Q) y trabajo 
(W) 
Capacidad Calorífica (Cp): Representa la cantidad de energía requerida para aumentar 
la temperatura de una sustancia a un grado (º) y esta energía puede proporcionarse 
mediante transferencia de calor (Gamero, 2012). 
 
𝐂𝐩 = 
𝐐
𝐦 ∗ ∆𝐓
 
𝑸 = 𝐦(𝐇𝟐 − 𝐇𝟏) = 𝐦∆𝐇 
𝑸 = 𝒎𝑪𝒑∆𝑻 ∴ 𝑪𝒑 = 
(𝑯𝟐−𝑯𝟏)
(𝑻𝟐−𝑻𝟏)
 
Para los balances de energía se toman en cuenta las transferencias de calor desde los 
límites hasta los mismos. 
Dado el sistema: 
 
 
 
Velocidad de 
entrada de 
energía en el 
equipo 
= 
Rapidez de 
salida de energía 
del cuerpo 
+ 
Rapidez con la que 
se acumula energía 
en el proceso 
 
Q W 
E1 
M2 M1 
Proceso o 
Equipo 
1 2 
E2 
7 
 
En es sistema 𝐄𝟏 = 𝐄 ∗ 𝐦𝟏 masa entrante en 1 y 𝐄𝟐 = 𝐄 ∗ 𝐦𝟐 masa saliente en 2. 
Si aplicamos la ecuación de Balance de Energía en el sistema, podemos obtener todas 
las energías resultantes: 
L1(Ep1 + Ec1 + Epr1 + U1) + Q − W = L2(Ep2 + Ec2 + Epr2 + U2) +
𝜕𝑀𝐸
𝜕𝜃
 
 
 
Bibliografía 
Felder, R. (1939). Elementary principles of chemical precesses. Singapore: Wiley. 
Gamero, R. (2012). Operaciones Unitarias en la Industria Alimentaria. Managua: UNI. 
Valiente, A. (2012). Problemas de blances de materia y energía en la industria 
alimentaria. México: LIMUSA.