Balances de energia

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

Ingeniería Química
Unidad IV. Balance de energía en procesos de sistemas no reactivos

Clase Nº16

Balance de Energía en procesos de sistemas no reactivos ENERGÍA INTERNA Y ENTALPÍA
¿Cómo se calcula la energía interna (U) y la entalpía (H)?
 FuentesBibliográficas de Datos Experimentales: • Tablas de Vapor • Diagramas de Entalpía-Concentración • Carta Psicrométrica  Estimaciones Empíricas.

Según la REGLA DE LAS FASES DE GIBBS, el número de variables que son necesarias para obtener información de las tablas de vapor, es:

F C P 2
Como la sustancia es pura, entonces C=1

F 3 P

Donde: C: El Nº de Componentes P: El Nº de Fases F: El Nº deGrados de Libertad

VAPOR SATURADO Ó LÍQUÍDO SATURADO F = 1 • Solo necesito una propiedad para entrar en la Tabla (P, T, V, Û ó Ĥ) • Se utiliza la Tabla de Vapor Saturado
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Balance de Energía en procesos de sistemas no reactivos
VAPOR SOBRECALENTADO F=2 • Se necesitan dos propiedades para ubicarse en la Tabla de Vapor • Se utiliza la Tabla de Vapor Sobrecalentado LÍQUIDO SUBENFRIADO(LÍQUIDO COMPRIMIDO) F=2 • Se necesitan dos variables para ubicarse en la Tabla de Líquido subenfriado ¿Y si no hay existe Tabla de LÍQUIDO SUBENFRIADO? Se puede suponer que :

ˆ ˆ V(T, P) V(T) SATURADO
ˆ ˆ U(T, P) U(T) SATURADO
ˆ ˆ ˆ H(T, P) U(T) SATURADO P V(T) SATURADO

Diagramas de entalpía
Son Diagramas Bidimensionales que se grafican como: Ĥ vs P ó Ĥ vs T; las demás variables, se graficancomo líneas de valor constante. Estos diagramas, aunque poco exactos, pueden dar una idea excelente de las características de la Entalpía y de otras propiedades de una sustancia en las regiones de interés, de forma de poder visualizar y analizar el proceso 3 ocurrido.

Balance de Energía en procesos de sistemas no reactivos
• ENERGÍA INTERNA (Û)
Consideremos una SUSTANCIA PURA en UNA FASE.¿De qué depende su ENERGÍA INTERNA (Û)?
• • • Diagrama de ∆Û Vs T Según la Regla de las fases de Gibbs, todas las propiedades dependen solo de dos variables. Generalmente, las variables utilizadas para definir la Energía Interna son la Temperatura y el Volumen Específico. La pendiente de la curva, es por definición, la capacidad calorífica a volumen constante de la sustancia, cuyo símbolo es Cv.Por lo tanto, la relación de cambio asociado entre ∆Û y T a volumen constante es:

ˆ ΔU

T2 T1

Cv(T) dT

• Para gases ideales: EXACTA

ˆ ΔU

T2 T1

Cv(T) dT

• Para líquidos y sólidos: BUENA APROXIMACIÓN

• Para gases reales: VALIDO SOLO SÍ EL VOLUMEN ESPECÍFICO ES CONSTANTE

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Balance de Energía en procesos de sistemas no reactivos
• ENTALPÍA (Ĥ)
Consideremos unaSUSTANCIA PURA en UNA FASE. ¿De qué depende su ENTALPÍA (Ĥ)? • Según la Regla de las fases de Gibbs, todas las propiedades dependen solo de dos variables. • Generalmente, las variables utilizadas para definir la Entalpía son la Temperatura y la Presión. • La pendiente de la curva, es por definición la capacidad calorífica a presión constante de la sustancia, cuyo símbolo es Cp.

Calor SensibleDiagrama de ∆H Vs T Por lo tanto, la relación de cambio asociado entre ∆Ĥ y T a presión constante es:

ˆ ΔU ˆ ΔU
T2 T1

T2 T1

Cp(T) dT

• Para gases ideales: EXACTA

Cp(T) dT
T2 T1

• Para gases reales: EXACTA SOLO SI P ES CONSTANTE • Para líquidos y sólidos: BUENA APROXIMACIÓN
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ˆ ˆ ΔU V P

Cp(T) dT

Balance de Energía en procesos de sistemas no reactivos
ESTIMACIÓN DE CPECUACIONES EMPÍRICAS

CP (T)

a

bT cT2

dT 3

Tabla B.2

T2

T2

CP dT
T1 T1

a bT cT2 dT 3 dT

RELACIÓN ENTRE CV y CP
• Para LÍQUIDOS Y SÓLIDOS:

CP

CV

Donde: R: Es la constante de los gases

• Para GASES IDEALES:

CP

CV

R

Si el cambio en la entalpía específica de una sustancia que va de T1 a T2 es Ĥ2 - Ĥ1, se puede definir una capacidad calorífica...