BALANCES DE ENERGIA

BALANCES DE ENERGIABLANCES DE ENERGIALa mayora de los procesos qumicos requieren cantidades considerables de energa para llevarse a cabo. Los ingenieros usan balances de energa para explicar la energa que fluye hacia el interior o el exterior de cada unidad de proceso, determinar el requerimiento neto de energa de dicho proceso y disear mtodos para reducir los requerimientos de energa y mejorar las utilidades del proceso.

La energa total de un sistema de proceso tiene tres componentes:

1.-Energa cintica: la que se debe al movimiento del sistema dentro de un campo como un todo.2.-Energa potencial: aquella que se debe a la posicin de un sistema dentro de un campo potencial (como el campo gravitacional de la tierra); y 3.-Energa interna: la que se debe a la traslacin, rotacin, vibracin y las interacciones electromagnticas de molculas, tomos y partculas subatmicas dentro del sistema.

En un sistema cerrado (donde no hay trasferencia de masa a travs de las fronteras del sistema mientras el proceso se lleva a cabo),se puede transmitir energa entre el sistema y sus alrededores de dos maneras:

1.-En forma de calor: la energa que fluye debido a una diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores.

2.-En forma de trabajo: la energa que fluye en respuesta a cualquier otro estimulo ,como la fuerza aplicada ,un torque o un voltaje.El calor siempre fluye de la temperatura ms alta a la ms baja, y se define como positivo si fluye del sistema a los alrededores.

La energa cintica de un cuerpo de masa m que se desplaza a velocidad u se define como : Ek=mu2/2.La energa potencial gravitacional del cuerpo es:EP=mgz Donde: g es la aceleracin de la gravedad z es la altura del objeto por arriba de un plano de referencia en el cual EP se define de manera arbitraria como cero.

Si cierta corriente a una altura z se mueve con velocidad de un flujo msico m y la velocidad u, Ek=mu2/2 y EP=mgz pueden considerarse como las velocidades a las cuales la corriente trasporta, respectivamente, energa cintica y energa potencial gravitacional.

BALANCES DE ENERGIA MECANICA

Los balances de energa mecnica son tiles para sistemas abiertos en los cuales el flujo de calor y los cambios de energa (entalpia) son de importancia secundaria en relacin con los cambios de energas cintica y potencial y el trabajo de flecha.

PROBLEMASUna corriente de lquido fluye a travs de un intercambiador de calor donde se calienta de 25C a 80C .Las tuberas de entrada y salida tienen el mismo dimetro, y la elevacin entre estos puntos no vara.El agua que pasa a travs de la compuerta de una prensa u cae sobre un rotor de turbina, el cual hace girar un eje conectado a un generador. La velocidad del fluido en ambos lados de la prensa es despreciable , y el agua que sufre cambios insignificantes de presin y temperatura entre la entrada y la salidaSe bombea petrleo crudo por un oleoducto de superficie. La entrada del mimo esta 200 m ms arriba de la salida, el dimetro del oleoducto es constante y la bomba esta ubicada cerca del punto medio de la tubera. La energa disipada por friccin en la lnea se transfiere como calor a travs de la paredSe realiza una reaccin qumica en un reactor continua que no contiene partes mviles. Los cambios de energa cintica y potencial de la entrada a la salida son despreciables.

7.39.-El siguiente diagrama muestra una versin simplificada del funcionamiento de un refrigerador:

Un recipiente liquido (1) contiene un refrigerante liquido (cualquiera de los diversos hidrocarburos halogenados, como CCl2F2) a altas temperatura y presin. El lquido pasa a travs de una vlvula de expansin (2) donde su presin cae en forma instantnea, enfrindose hasta su punto de ebullicin a esta presin y se evapora en parte. La mezcla liquido-vapor pasa por un serpentn evaporador (3).El aire que procede del rea de almacenamiento de comida circula sobre el serpentn, y el calor absorbido por el refrigerante evaporado en el serpentn ocasiona que dicho aire se enfre .El vapor refrigerante frio que sale del serpentn pasa a un compresor (4), donde se lleva de nuevo a alta presin y durante el proceso su temperatura aumenta. El vapor caliente pasa entonces por un condensador (5), donde se enfra y condensa a presin constante. El aire que absorbe el calor que desprende el fluido que se condensa se descarga fuera del refrigerador, y el refrigerante licuado regresa al recipiente lquido.

Suponga que el refrigerante R-12 (el nombre comn del CCl2F2)Experimenta este ciclo a una velocidad de recirculacin de 40 Lbm/min, y las temperaturas y presiones en los diferentes puntos del ciclo son las que se muestran en el diagrama de flujo .A continuacin se dan los datos termodinmicos para el refrigerante R-12: