Química - Industrial

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Apunte de Industrial: Balances de energía aplicado mecánica de fluidos.

BALANCES DE ENERGIA

La ley de la conservación de la energía establece que la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma (1° Ley de la Termodinámica). La velocidad a la que la energía (U, Ep, Ek) se transfiere a un sistema por los flujos de entrada, más la velocidad con la que entra en el sistema el Q y el W, menos la velocidad con la que se transporta al exterior del sistema dicha energía es igual a la velocidad de acumulación de la energía en el sistema.

Acumulación = Entradas - Salidas

Sistema: masa, material, unidad de un equipo, especificada arbitrariamente para los propósitos de un estudio. Deben definirse sus límites.

a. Abiertos ó con flujo: intercambio de masa.

b. Cerrado ó sin flujo: no existe transferencia de masa.

Propiedades: cualquier característica del material que puede ser medida de forma directa o calculada cuando no se puede realizar directamente. Dependen de las condiciones del sistema en un momento determinado y no de lo que haya ocurrido anteriormente. Se dice que una propiedad es extensiva cuando su valor corresponde a la mayoría de los subsistemas en que se puede dividir el sistema principal. Intensiva es aquella propiedad cuyos valores no son aditivos y no varían con la cantidad que hayamos elegido para el estudio. Dos propiedades son independientes entre si cuando se puede encontrar una variación del estado del sistema de tal forma que una de ellas cambie sin que la otra varíe para nada.

El conjunto de propiedades independientes que es necesario fijar para describir el estado de un sistema viene determinado por la regla de las fases.

Estado: es un conjunto material con un determinado conjunto de propiedades en un momento dado. El estado del sistema no depende ni de la forma ni de la configuración del mismo sino sólo de las propiedades intensivas.

Calor: es la parte del flujo de energía total que se transfiere al sistema y que está provocado por diferencias de temperaturas entre el sistema y los alrededores. Se puede transferir de 3 formas:

-Conducción.

-Convección.

-Radiación.

El criterio de signos: positivo cuando el sistema absorbe calor; negativo cuando desprende calor.

El flujo es de T₁ ® T_2; T₁>T₂

Trabajo: el flujo de energía que surge como respuesta a cualquier cambio que no sea una diferencia de temperatura. Puede ser una fuerza, un torque o un voltaje.

Tanto el trabajo como el calor se refieren sólo a cambios en el sistema pero no tiene sentido decir que un sistema contiene una determinada cantidad de calor. El criterio de signos es el mismo del calor.

Energía cinética: es la energía debida al movimiento del sistema con respecto a algún marco de referencia y considerando el sistema como un todo.

Energía potencial: es la energía debida a la posición del sistema en un campo potencial o bien la energía debida a alguna configuración de equilibrio.

Energía interna: es la energía debida al movimiento de las moléculas con respecto al centro de masas del sistema. Es también la energía debida a los movimientos de rotación y vibración, a las interacciones electromagnéticas y a las interacciones de sus componentes atómicas y subatómicas.

Entalpía: H = U + PV El cambio de entalpía y el incremento de energía interna depende solamente del estado inicial y final del sistema. Se dice que ambas son funciones de estado ya que no dependen del camino recorrido.