3 - Módulo Balance de Masa y Energía Sin RQ
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LOS BALANCES DE MASA Y ENERGÍA PROCESOS SIN REACCIÓN QUÍMICA
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introduccion al balance de masa y energia en la termodincamica.
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LOS BALANCES DE MASA Y ENERGÍAPROCESOS SIN REACCIÓN QUÍMICA
Diagrama de flujo (Flow – Sheet)
Diagrama de flujo (Flow – Sheet)
• Clasificación de los procesos
ABIERTOS continuos estacionarioscontinuos no estacionariossemicontinuos no estacionarios
CERRADOS no estacionarios
“La masa no se crea ni se destruye” – “La masa del universo es constante”
MASA ENTRANTE - MASA SALIENTE (a un sistema) (de un sistema)
=
MASA ACUMULADA O DESACUMULADA (en el sistema)
BALANCE GLOBAL DE MASA O MATERIA
MASA ENTRANTE del componente i - MASA SALIENTE del componente i
= MASA ACUMULADA O DESACUMULADA del componente i
BALANCE PARCIAL DE MASA O MATERIA EN SISTEMAS MULTICOMPONENTES
•EL ESTADO NO ESTACIONARIO:
a) El flujo másico de un fluido que ingresa o egresa de un sistema no es constante.b) La masa del sistema No permanece constante, dependiendo de la dimensión Tiempo.
•EL ESTADO ESTACIONARIO:
El flujo másico de un fluido que ingresa y egresa de un sistema se mantiene constante, siendo la masa del sistema constante No dependiendo de la dimensión Tiempo
EL ESTADO NO ESTACIONARIO a) Balance de materia global: En un determinado instante (intervalo de tiempo tendiendo a cero) la masa que ingresa a mi sistema será me, la que sale en ese instante evaluado será ms y en mi sistema se producirá una acumulación o desacumulación de materia M
me - ms = M Si tenemos en cuenta la definición de flujo másico m / = m’ podemos representar la ecuación del balance de materia global como:
me’ . - ms’ . = M ecuación que podemos integrar para un intervalo de tiempo finito para el cual la masa dentro de mi sistema sufre una variación desde M0 hasta M
M
me’ . - ms’ . = M 0 0 M
0
EL ESTADO NO ESTACIONARIO b) Balance de materia parcial:
mei - msi = Mi en un instante dado las composiciones de entrada y salida de un componente vienen dadas por la expresión:
xi = mi / m con lo cual el balance de materia parcial podemos escribirlo
xei . me - xsi . ms = Mi = ( M. xi )
xei . me’. - xsi . ms’. = (M . xi )
LOS TIPOS DE PROBLEMAS EN LA INGENIERÍA DE LOS PROCESOS
Problemas que poseen una única solución en función de los datos disponibles.
Problemas que presentan infinitas soluciones; exigen el planteo de hipótesis de cálculo, pues los datos con que se cuentan son escasos.
Problemas que presentan soluciones no exactas, pues los datos con que se cuenta resultan superabundantes y algunos de ellos con cierto margen de error.
Procesos con purga, reciclo y by-pass
LAS OPERACIONES CONSECUTIVAS
Procesos de flujos paralelos en cocorriente
Procesos de flujos paralelos en
contracorriente
Procesos de flujos cruzado
EL TRABAJO
Una forma de energía en respuesta a la acción de una fuerza F que genera un movimiento acompañado de un desplazamiento
TRABAJO DE EXPANSIÓN O COMPRESIÓNTRABAJO ELÁSTICO O DE RESORTE
TRABAJO SOBRE UNA CARGA ELÉCTRICATRABAJO DE CAMBIO DE ÁREA SUPERFICIAL
TRABAJO DE TORSIÓNTRABAJO DE POLARIZACIÓN Y MAGNETIZACIÓN
TRABAJO DE EJE
TRABAJO DE EXPANSIÓN / COMPRESIÓN
P Área 1 P 2 dv X v
x V V
W = F . dx = (P.A) (dV/A) = P dV x0
V0
V0
TRABAJO DE EXPANSIÓN / COMPRESIÓN
SISTEMAW - W+
TRABAJO DE EXPANSIÓN COMPRESIÓN EN UN PROCESO CÍCLICO
P 1 2 4 3 v
W
TRABAJO DE EXPANSIÓN / COMPRESIÓN EN UN PROCESO CÍCLICO
+-
LA FRICCIÓN
COMPRESIBILIDAD ISOTÉRMICA
EL CALOR
SISTEMAQ + Q -
LA ENERGÍA CINÉTICA
Ectotal = Ectranslación + Ecrotación + Ecinterna = m. V2 / 2 + I . w2 / 2 + Ecint
Energía cinética de translación = m . V2/2
Energía cinética de rotación = I . w2/2
Energía cinética interna
LA ENERGÍA POTENCIAL
Epotencial = m.g.z + V.0.E2/2 + V.0.H
2/2 + Epint
Energía potencial gravitatoria = m . G. z
Energía potencial electrostática = V. 0 . E2 / 2
Energía potencial magnetostática = V . 0 . H2 / 2
Energía potencial interna
LA ENERGÍA INTERNA
ENERGÍA INTERNA (U) = ECint + EPint
EL TRABAJO DE FLUJO(SISTEMA ABIERTO)
wf = P . S(área) . V(velocidad) . d = P . C(caudal) . d =
P . (m’/) . d = P . m’ . v(vol.espec.) . d
wfentrada = P . v
wfsalida = P . v
LA ENTALPÍA
ENTALPÍA (I) = U + P . V
entalpía (i) = u + P . v
EL PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
ENERGÍA ENTRANTE (a un sistema) – ENERGÍA SALIENTE (de un sistema) =
ENERGÍA ACUMULADA O DESACUMULADA (en el sistema)
EL BALANCE DE ENERGÍA (sistema abierto en estado no estacionario)
m’e ( ve2/2 + ece
rot + eceint + g.ze + epe
elect + epemag + epe
int ) -
m’s ( vs2/2 + ecs
rot + ecsint + g.zs + eps
elect + epsmag + eps
int ) +
m’e.P.veesp - m’s.P.vs
esp + Q’ - W’exp/comp - W’elástico -
W’eléctrico - W’superf - W’torsión - W’polariz - W’magnetiz
= dMsistema ( ecsistint + epsist
int + vsist2/2 + ecsist
rot + g.zsist +
epsistelect + epsist
mag )d
- W’eje
EL BALANCE DE ENERGÍA (sistema abierto en estado no estacionario)
+
m’e ( ve2/2 + ece
rot + eceint + g.ze + epe
elect + epemag + epe
int ) -
m’s ( vs2/2 + ecs
rot + ecsint + g.zs + eps
elect + epsmag + eps
int )
m’e.P.veesp - m’s.P.vs
esp + Q’ - W’exp/com - W’elástico -
W’eléctrico - W’superf - W’torsión -W’polariz - W’ma
g
=dMsistema ( ecsist
int + epsistint + vsist
2/2 + ecsistrot + g.zsist +
epsistelect + epsist
mag )d
W’eje
EL BALANCE DE ENERGÍA (sistema abierto en estado no estacionario)
)
m’e ( ve2/2 + g.ze + ) - +
Q’ -W’exp/com = dMsistema ( usist + vsist2/2 + g.zsist
d
ie m’s ( vs2/2 + g.zs + )is
W’eje-
EL PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA (sistema cerrado en reposo)
m’e ( ve2/2 + g.ze + ) - +
Q’ - W’ = dMsistema ( usist + vsist2/2 + g.zsist )
d
ie m’s ( vs2/2 + g.zs + )is
Q – W = U sistema
Ejemplo de electrobomba
• Balance de energía en compresores – sopladores y turbinas
• Balance de energía en compresores – sopladores y turbinas
Balance de energía en válvulas
Balance de energía en intercambiadores de calor
Carga y descarga de tanques
