3. Balance De EnergíA
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Equilibrio Térmico
80°C 20°C 50°C
![Page 2: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/2.jpg)
Calor que ingresa (+)
Calor que sale (-)
Energía de tránsito que atraviesa los
límites del sistema cuando hay una diferencia
de temperatura con el medio ambiente.
Calor (Q):
![Page 3: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/3.jpg)
Calor: Se manifiesta originando que el cuerpo …
Cambie su temperatura (calor sensible)
Cambie de estado de agregación (calor latente)
TecmQ .
mQ
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Calores latentes para el agua
de fusión:
3,34 x 105 J/kg
de evaporación:
2,272 x 106 J/kg
![Page 6: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/6.jpg)
Trabajo (W) :Energía de tránsito que aparece en los límites
del sistema y que puede emplearse de alguna
forma (real o imaginaria) para levantar un peso
en el exterior (medio ambiente).
trabajo que ingresa (-)
trabajo que sale (+)
![Page 7: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/7.jpg)
Trabajo de expansión
pdvpAdLmgdhFdxW
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Trabajo de expansión
2
1
v
vpdvw
P
V
Wv1 v2
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Trabajo de expansión
• Podemos relacionar p = f (V)
• Proceso isobárico: p = cte
• Proceso isotérmico: pV = cte
• Proceso Adiabático: pVk = cte
• Proceso politrópico: pVn = cte
• Otra función de estado
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Primera Ley de la Termodinámica
“Si un sistema se somete a cualquier
transformación cíclica, el trabajo
producido en el medio ambiente es igual
al calor que fluye desde el medio
ambiente”
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0)wq(
qw
Es una propiedad de estado !!!
0de
![Page 13: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/13.jpg)
wqde
WQE
wqe
ENERGIA: es una propiedad
![Page 14: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/14.jpg)
Energía:
Es aquello que puede
producir cambios
en la materia
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Calor
T CALOR
Un cuerpo no tiene calor.
Si a un cuerpo se le adiciona calor
éste aumenta su energía interna (temperatura).
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Balance de energía
sistema
Energía que ingresa con
la masa
Energía que sale con
la masa
Energía que ingresa o
sale como trabajo
Energía que ingresa o
sale como calor
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Balance de Energía
Acumulación = entrada – salida + producción - consumo
0 0
Entrada – Salida =
• Con los flujos
de materia
• Como trabajo
• Como calor
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Balance de energía
Acumulación = + calor + trabajoEntrada con salida con
flujo de mat. flujo de mat.-
Energía con = ( u + ep + ec ) x m
la materia
Donde (minúscula ) : energía por unidad de masa
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Balance de energía
Entonces:
m(u+gz+v2/2) sist = ment(u+gz+v2/2)ent
- msal (u+gz+v2/2)sal + Q - W
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Trabajo de Inyección
Trabajo que realiza el flujo de materia para ingresar
(o salir, aquí contra el medio ambiente) del sistema.
-Winy = +(pV)ent - (pV)sal
sistemap
Nota: Trabajo contra el sistema (-), contra el ambiente (+)
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Trabajo:Trabajo = trabajo de inyección + trabajos de
otros tipos
-W = +(pV)ent - (pV)sal - Wo
El trabajo de inyección está asociado
con los flujos de materia
![Page 22: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/22.jpg)
Reagrupando:
m(u +gz+v2/2) sist = ment(u+ pV+gz+v2/2)ent
- msal (u+pV+gz+v2/2)sal + Q -Wo
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Entalpía: Definimos entalpía como:
h = u + pV
m(u +gz+v2/2) sist = ment(h+gz+v2/2)ent
- msal (h+gz+v2/2)sal + Q - Wo
Ecuación general de energía
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NOTAS:
La energía da una diferencia.
No tiene un cero definido
Debe colocarse un cero arbitrario
Para la entalpía es similar
Se considera h = 0 cuando es una sustancia elemental a 25 °C
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Tablas de Entalpía (vapor sobrecalentdo)
T (K)
P (kPa)
400 500 600 700
P1 h
v
s
h
v
s
h
v
s
h
v
s
P2 h
v
s
h
v
s
h
v
s
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P
v
P1
P2
Líquido + vapor
Tc
T1
T2
Necesito especificar dos
propiedades. P.ej
P y T
![Page 27: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/27.jpg)
Tablas de Entalpía (agua saturada)
Hay dos tablas:
Presión
Temperatura
Ambas son muy similares y no sólo especifican entalpía sino también volumen específico y entropía.
![Page 28: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/28.jpg)
P
v
P1
P2
Líquido + vapor
Tc
T1
T2
Necesito P o T y la calidad del
vapor húmedoo saber si es vapor o
líquido saturado y su P o T
![Page 29: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/29.jpg)
Tabla de Temperaturas
T (K) Psat (kPa) hf hfg hg
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fgfghhh
Cálculo de la Entalpía de un vapor húmedo
fgvhhxxhh )1(
fgfvhxhhh
que es lo mismo que..
![Page 31: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/31.jpg)
Casos particulares:Debido a los pequeños cambios de altura y velocidad
en procesos industriales, generalmente (no siempre)
los cambios de energía potencial y cinética son
despreciables, tanto en el término de acumulación
como en los flujos de entrada y salida de materia.
m(u +gz+v2/2) sist = ment(h+gz+v2/2)ent
- msal (h+gz+v2/2)sal + Q - Wo
![Page 32: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/32.jpg)
Sistema cerrado:
Acum = entrada – salida + Q - W
mu = Q - W
U = Q - W
Q
W
![Page 33: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/33.jpg)
Un gas se expande desde V1 hasta V2 ¿En qué caso disminuye
más su temperatura?a. Expansión isotérmica
b. Expansión isobárica
c. Expansión adiabática.
T1
T2
T3
T4
P
VV1 V2
a
b
c
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Calor en Procesos Termodinámicos:
1. Proceso a volumen constante
T1
T2
P
VV
qu
wqu
T
u
T
qc
v
v
)TT(cmUQ
)TT(cuq
ctecsi
dTcuq
12vv
12vv
v
T
Tvv
2
1
Calor específico a V= cte
![Page 35: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/35.jpg)
2. Proceso a presión constante
pqh
Vpqu:pero
pvvpuh
pvuh
T
h
T
qc
p
p
)TT(cmHQ
)TT(chq
ctecsi
dTchq
12pp
12pp
p
T
Tpp
2
1
Calor específico a P= cte
T1
T2
P
VV1 V2
![Page 36: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/36.jpg)
Válvula adiabática
Acum = entrada – salida + Q - W
salin
salsalinin
HH
hmhm
![Page 37: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/37.jpg)
Bombas :
La bomba entrega trabajo
al sistema
Acum = entrada – salida + calor + trabajo
0 = hin . m in - hsal . msal - Wo
Como min = m sal
Trabajo realizado
por la bomba por =
unidad de masa
-wo = (h sal – h ent)
![Page 38: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/38.jpg)
Turbinas:
Las turbinas son máquinas que reciben
Trabajo del sistema (en este caso el fluido)
![Page 39: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/39.jpg)
Acum = entrada – salida + calor - trabajo
0 = hin . m in - hsal . msal - Wo
Como min = m sal
Trabajo recibido
por la turbina por =
unidad de masa
wo = - (h sal – h ent)
Turbinas:Wo
![Page 40: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/40.jpg)
Mezclador o separador:
1
2
3
Q
Acum = entrada – salida + Q - Wo
0 = h1m1 + h2m2 – h3m3 + Q
![Page 41: 3. Balance De EnergíA](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012403/559ee64e1a28ab420a8b4840/html5/thumbnails/41.jpg)
Reactor Químico
Reactivos
Productos
Calor
0 = - ( h . m)Productoss + ( h . m)Reactivos + Q
Es costumbre utilizar el término h