Balances de energía

Balance de energía en sistemas sin reacción química

1ª ley
En el universo la energía es constante. La energía se transforma de uno a otro tipo.

Sistema cerrado

Sistema abierto estado estable

Sistemas en fase homogénea

Calentador: Gas natural

¿Q Ent?

1.2836444 GJ/h

100 kmol/h gas natural T=500 K P=100 bar Sustancia CH4 Tc (K) 190.4 Pc (bar) 46

700 K 100 bar

Vc(cm3/mol) 99.2

w 0.011

C2H6 C3H8
C4H10 C5H12

305.4 369.8
425.2 469.7

48.8 42.5
38 33.7

148.3 203
255 304

0.099 0.153
0.199 0.251

Mezcla H2SO4
XH2SO4= 0.3 T=100 ºF 1

3
XH2SO4= 0.9 T=32 ºF 2 3’

100 kmol XH2SO4= 0.6 Tsal=

1) DETERMINAR T SAL DE LA MEZCLA SI EL PROCESO ES ADIABÁTICO. 2) CALCULAR LA TRANSFERENCIA DE CALOR SI SE REQUIERE QUE LA CORRIENTE QUE ABANDONAEL MEZCLADOR NO DEBE SUPERAR LOS 70ºF.

3

Adiabático

1 3
2

3’

T.Q

3’

Sistema heterogéneo

Evaporador
Vapor

Soln NaOH QENT 2000 lb/h XNaOH=0.2 (peso) T=100 ºF

P=100 mmHg

Soln NaOH XNaOH=0.5 (peso)

70000

60000

50000

40000

mmHg

30000

20000

10000

0 0 50 100 150 200 250 300 350 400

T ºC

Balance de energía considerando equilibriode fases

Diagrama H-X considerando equilibrio de fases (binario)
Adicional a la información usual para el cálculo de la entalpía, se requiere conocer el equilibrio de fases del sistema .

El procedimiento consiste en: 1. Determinar las composiciones y temperaturas en el equilibrio a P fija, o composiciones y presión si T es fija. 2. A partir de los estados de referencia, calcular losvalores de la entalpía para cada fase a las condiciones de equilibrio (T, P, {X}).

105,0

Diagrama H-X sist. Agua-Etanol y del ELV (P= 1 atm )
T-xy for ETHANOL/WATER T-x 1,0133 bar T-y 1,0133 bar

Temperature C 90,0

95,0

100,0

X* Y*

80,0
0,0

85,0

0,2

0,4 0,6 Liquid/Vapor Molefrac ETHANOL

0,8

1,0

Y*

X*

Flash
Vapor

T =120ºC MeOH-W
T =25ºC P=5 atmXw=0.7 P=1atm QENT

Líquido

Temperature C 130,0 135,0 140,0 145,0 150,0 155,0

T-xy for WATER/ETHANOL T-x 5,0 atm T-y 5,0 atm

Calentamiento

0,0

0,2

0,4 0,6 Liquid/Vapor Molefrac ETHANOL

0,8

1,0

Expansión adiabática
Temperature C 85,0 90,0 95,0 100,0 105,0

T-xy for WATER/ETHANOL T-x 1,0 atm T-y 1,0 atm

80,0

0,0

0,2

0,4 0,6 Liquid/Vapor Molefrac ETHANOL0,8

1,0

Solución expansión adiabática: 1. Suponer T de salida (debe estar entre la T burbuja y rocío a la composición global) 2. Encontrar con ayuda de la gráfica las composiciones en el equilibrio para la temperatura supuesta 3. Usar al balance de materia para encontrar los flujos de líquido y vapor. 4. Calcular las entalpías del líquido y el vapor en el equilibrio (T sal supuesta, lascomposiciones en el equilibrio determinadas gráficamente y la presión de salida). 5. Comprobar que se cumpla la ecuación de balance de energía. 6. Si el error en la ecuación de balance de energía es menor que el error tolerable se termina el cálculo, si no, volver a suponer otra temperatura y seguir con los pasos 2 a 6.

Diagrama H-X Metanol

Condensador miscibilidad parcial
Sistema:agua-etanol-benceno: W-E-B
Qsal

Tanq. Decant.
35 ºC

V=100 kmol/h T=70 ºC Yw=0.1911 YE=0.2815 YB=0.5274
condensador

L1

L2

ETHANOL

T TernaryºC, 1 atm, NRTL = 35 Map (M Basis) ole
Fase 1: Xw =0.44 XE =0.49 XB =0.07 Fase 2: Xw =0.01 XE =0.13 XB =0.86

BENZENE

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,40,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95

WATER

ETHANOL

T TernaryºC, 1 atm, NRTL = 18 Map (M Basis) ole

BENZENE

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95

WATER

Cristalización

Curvas de solubilidad

Curvas suaves y curvas con cambio...