RESUMENES BALANCE - ALINE CARRILLO

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UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCO
DAMJM – ING. PETROQUÍMICA
Materia:
Balance de materia y energía
Profesora:
Zujey Berenice Carballo Cuevas 
Alumna: 
Aline Michelle Carrillo Torres 
Actividad: 
A5. 3P. Ejercicios semana 13-17 Dic 2021
Fecha de entrega:
29/12/2021
RESUMENES
7.1 Formas de energía: La primera Ley de la Termodinámica 
La energía total de un sistema tiene tres componentes:
1. Energía cinética: Debida al movimiento traslacional del sistema como un todo en relación con determinado marco de referencia o a la rotación del sistema en torno a un eje. 
2. Energía potencial: Se debe a la posición del sistema en un campo de potencia (gravitacional o electromagnética).
3. Energía Interna: Toda la que posee un sistema, además de sus energía cinética y potencial. 
En un sistema de proceso cerrado, sin transferencia de masa a través de las fronteras mientras el proceso se realiza. La energía puede transmitirse de dos maneras: 
1. En forma de calor o energía que fluye como resultado de la diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores. El calor se define como positivo cuando se transfiere de los alrededores al sistema. 
2. Como trabajo o energía que fluye en respuesta a cualquier fuerza impulsora que no sea una diferencia de temperatura. El trabajo se define como positivo cuando el sistema lo realiza sobre sus alrededores. 
Los términos “trabajo” y “calor” se refieren solo a la energía que se transfiere: puede hablar del calor o el trabajo que se añade o desprende del sistema, pero no tiene sentido hablar del calor o el trabajo que posee o contiene el sistema. 
La energía al igual que el trabajo, tiene unidades de fuerza multiplicada por la distancia. 
El principio básico de todos los balances de energía es la ley de la conservación de la energía, la cual dice que la energía no se crea ni se destruye. Esta ley también se conoce como la primera ley de la termodinámica. En su forma mas general, la primera ley señala que acumulación= entradas – salidas. 
7.2 Energías Cinética y Potencial
La energía cinética Ek(J), de un objeto de masa m(kg) que se mueve con velocidad u(m/s) en relación con la superficie de la Tierra es 
Si un fluido entra a un sistema con una velocidad de flujo másico m(kg/s) a velocidad uniforme u(m/s), se tiene que
 (J/s) se puede considerar como la velocidad a la cual el fluido transporta a la energía cinética al sistema. 
7.3 Balances de energía en sistemas cerrados 
Por definición, un sistema de proceso por lotes es cerrado, y los sistemas semicontinuos y continuos son abiertos. 
Es posible escribir el balance de energía integral para un sistema cerrado entre dos instantes dados. Como la energía no puede crearse ni destruirse, los términos de generación y consumo del balance general se cancelan, lo cual deja: 
Es posible que se transfiera energía a través de las fronteras como calor o trabajo. Igual que en los balances de masa, no obstante, el termino acumulación es igual al valor final de la cantidad balanceada (en este caso, la energía del sistema), menos el valor inicial de esta cantidad. 
Ahora
La ecuación se transforma en 
O si se usa el símbolo Δ para representar (final – inicial),
Al aplicar esta expresión a un proceso dado, se debe tener en cuenta los siguientes puntos:
1. La energía interna de un sistema depende casi por entero de su composición química, su estado de agregación (sólido, líquido o gaseoso) y la temperatura de los materiales del sistema. 
2. Si el sistema no tiene aceleración, . Si el sistema no se eleva ni cae, entonces .
3. Si el sistema y sus alrededores están a la misma temperatura o si el sistema está perfectamente aislado, entonces Q=0 y el proceso se denomina adiabático. 
4. El trabajo realizado sobre o por un sistema cerrado se logra por el desplazamiento de sus fronteras contra una fuerza de resistencia, o el paso de corriente eléctrica o de radiación a través de dichas fronteras. 
7.4 Balances de energía en sistemas abiertos en estado estacionario. 
Hay masa que atraviesa las fronteras de un sistema de proceso abierto a medida que éste ocurre. Para introducir masa al sistema es necesario realizar trabajo sobre el mismo y cuando emerge masa del sistema se lleva a cabo trabajo sobre los alrededores. Ambos términos de trabajo deben incluirse en el balance de energía. 
7.4a Trabajos de flujo y fecha 
La velocidad neta de trabajo realizado por un sistema abierto sobre sus alrededores se expresa como: 
Donde 
=Trabajo de flecha o velocidad de trabajo realizada por el fluido del proceso sobre alguna parte móvil dentro del sistema. 
= Trabajo de flujo o velocidad de trabajo realizado por el fluido en la salida del sistema, menos la velocidad de trabajo realizada sobre el fluido en la entrada del sistema. 
7.4b Propiedades especificas y entalpia 
Las propiedades de un material de proceso pueden ser extensivas (proporcionales a la cantidad de materia) o intensivas (independientes de esa cantidad). 
Una propiedad especifica es una cantidad intensiva que se obtiene dividiendo una extensiva (o su velocidad de flujo) entra la cantidad total (o velocidad de flujo) del material del proceso. 
Una propiedad que se presenta en la ecuación de balance de energía para sistemas abiertos es la entalpia especifica, que se define como:
Donde P es la presión total y U y V son la energía interna y el volumen específicos. 
7.4c El balance de energía de un sistema abierto en estado estacionario 
La primera ley de la termodinámica para un sistema abierto en estado estacionario tiene la forma
En este caso “entrada” significa la velocidad total de transporte de energías cinética, potencial e interna por todas las corrientes de entrada al proceso, más la velocidad de transferencia de energía en la entrada en forma de calor, “salida” es la velocidad total el transporte de energía por las corrientes de salida, más la velocidad de transferencia de energía hacia afuera en forma de trabajo. 
Si denota la velocidad de transporte de energía por la j-ésima corriente de entrada o de salida de un proceso, y se definen de nuevo como las velocidades de flujo de calor que entra y sale del proceso, entonces la ecuación puede escribirse como: 
Si , , y son las velocidades de flujo másico y las energías cinética, potencial e interna para la j-ésima corriente de proceso, entonces la velocidad total a la cual se transporta energía hacia dentro o fuera del sistema por esta corriente es 
Sustituyendo la expresión para de la ecuación y colocando los términos PV se obtiene 
Por último, se utilizará el símbolo Δ para denotar la salida total menos la entrada total, de modo que
 
7.5 Tablas de datos termodinámicos 
7.5a Estados de referencia y propiedades de estado 
No es posible conocer el valor absoluto de o para un material de proceso, pero puede determinarse el cambio en o correspondiente a un cambio de estado especifico (temperatura, presión y fase). 
Una manera conveniente de tabular cambios medidos de o es elegir una temperatura, una presión y un estado de agregación como estado de referencia, y elaborar una lista de o para los cambios desde este estado hacia una serie de otros estados. 
Algunas tablas de entalpia dan los estados de referencia sobre los cuales se basan los valores de que aparecen en la lista y otras no lo hacen; sin embargo, no se necesita conocer el estado de referencia para calcular para la transición de un estado tabulado a otro. Si es la entalpia especifica en el estado 1 y es la del estado 2, entonces para la transición del estado 1 al 2 es igual a , sin importar el estado de referencia en el cual se basen y .
7.5b Tablas de vapor 
El diagrama de fases para el agua tiene la siguiente apariencia: 
El agua pura puede coexistir como liquido y vapor solo en los puntos pares temperatura-presión que caen sobre la curva del equilibrio vapor-líquido (EVL). En los puntos por arriba de la curva EVL (pero a la derecha de la curva del equilibrio sólido-líquido), el agua es un liquido subenfriado.En los puntos dentro de la curva EVL, el agua puede ser un liquido o un vapor saturado o una mezcla de ambos. En los puntos por debajo de la curva EVL, el agua es vapor sobrecalentado. 
La tabla B.5 indica las propiedades del agua liquida y el vapor saturado a temperaturas desde 0.01 °	C (la temperatura de punto triple) hasta 102 °C. Las siguientes pueden determinarse para cada temperatura tabulada (y para temperaturas intermedias por interpolación):
· Columna 2. La presión, P (bar), correspondiente a una temperatura en la curva EVL – por definición, la presión de vapor del agua a una temperatura dada.
· Columnas 3 y 4. Los volúmenes específicos (m3/kg), del agua liquida y el vapor saturado a la temperatura dada. Lo inverso de estas cantidades son las densidades (kg/m3) del agua líquida y del vapor. 
· Columnas 5 y 6. Las energías internas específicas, (kJ/kg), del agua liquida y el vapor saturado a la temperatura dada, en relación a un estado de referencia de agua líquida en el punto triple. 
· Columnas 7-9. Las entalpias especificas (kJ/kg), del agua liquida saturada (columna 7) y el vapor saturado (columna 9) y la diferencia entre estas cantidades, conocida como el calor de vaporización (columna 8). 
7.6 Procedimientos para el balance de energía 
El dibujo y el marcado correctos del diagrama de flujo son fundamentales para resolver con eficiencia los problemas de balance de energía. Se debe de asegurar incluir toda la información que necesitará para determinar la entalpia especifica de cada componente de la corriente, incluyendo las presiones y las temperaturas conocidas. Además, se deben indicar los estados de agregación de los materiales de proceso cuando no sean obvios. 
7.7 Balances de energía mecánica 
En las unidades de procesos químicos, como reactores, columnas de destilación, evaporadores, e intercambiadores de calor, los cambios de trabajo de flecha y energías cinética y potencial tienden a ser insignificantes en comparación con los flujos de calor y los cambios de energía interna y entalpia.
En los balances de energía en estas unidades por lo general se omiten los primeros términos y toman la simpe forma (sistema cerrado) o (sistema abierto).
Otra clase importante de operaciones es aquella en la cual ocurre lo opuesto – hay flujo de calor y los cambios de energía interna son de importancia respecto a los cambios de energías cinética y potencial y el trabajo de flecha. 
Para explicar los flujos de energía en tales procesos, es mas conveniente realizar un balance de energía mecánica. 
La forma general del balance de energía mecánica se puede derivar comenzando por el balance de sistema abierto y una segunda ecuación expresando la ley de la conservación del momentum. 
Entonces el balance de energía para el sistema abierto puede escribirse:
La cantidad siempre tiene un componente positivo, la perdida por fricción, que se representa por el símbolo F, la ecuación puede escribirse: 
Se denomina balance de energía mecánica. De nuevo, es valida para el flujo en estado estacionario de un fluido incomprensible. 
Una forma simplificada del balance de energía mecánica se obtiene para los procesos sin fricción donde no se realiza trabajo de flecha .