termodinamica

Procesos Industriales I

BALANCES DE ENERGÍA
La energía total de un sistema corresponde a la sumatoria de tres tipos de energía:
1.- Energía Cinética: energía debida al movimiento traslacional del sistema considerado
como un todo, respecto a una referencia (normalmente la superficie terrestre) ó a la rotación
del sistema alrededor de un eje.
2.- Energía Potencial: energía debida a laposición del sistema en un campo potencial
(campo gravitatorio o campo electromagnético)
3.- Energía Interna: toda energía que posee un sistema que no sea cinética ni potencial, tal
como la energía debida al movimiento relativo de las moléculas respecto al centro de masa
del sistema o energía debida a la vibración de las moléculas o la energía producto de las
interacciones electromagnéticas de lasmoléculas e interacciones entre los átomos y/o
partículas subatómicas que constituyen las moléculas.
Recordemos que al estudiar balances de materia, definimos un proceso cerrado como aquel
proceso en el que no hay transferencia de materia con los alrededores mientras el mismo se
lleva a cabo. Sin embargo, nada dice de la transferencia de energía o sea, en este sistema,
la energía puede serintecambiada con los alrededores (el sistema puede recibirla o
entregarla) y seguir siendo cerrado. Las dos formas de energía en tránsito son calor y
trabajo.
Calor: energía que fluye como resultado de una diferencia de temperatura entre el sistema y
sus alrededores. La dirección de este flujo es siempre de la mayor temperatura a la menor
temperatua. Por convención, el calor es positivo cuandola transferencia es desde los
alrededores al sistema (o sea, el sistema recibe esta energía)
Trabajo: energía que fluye como consecuencia de cualquier fuerza impulsora diferente a un
gradiente de temperatura, tal como una fuerza, una diferencia de voltaje, etc. Por ejemplo,
si un gas en un cilindro en su expansión mueve un pistón venciendo una fuerza que
restringe el movimiento, este gasefectúa un trabajo sobre el pistón (la energía es transferida
desde el sistema a los alrededores (que incluyen el pistón) como trabajo.
Definiremos el trabajo como positivo cuando es realizado por los alrededores sobre el
sistema (la convención opuesta también suele emplearse; la elección es arbitraria siempre
que se use de manera consistente con el resto de las definiciones: sin embargo, paraevitar
confusiones al leer referncias termodinámicas es fundamental asegurarse la convención
adoptada).
Los términos "trabajo" y "calor" se refieren sólo a energía que está siendo transferida: es
posible hablar de calor o trabajo agregado a un sistema o transferido por él pero no tiene
sentido hablar de calor o trabajo poseído o contenido dentro de un sistema.

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Procesos Industriales ILa energía, al igual que el trabajo tiene unidades de fuerza*distancia, por ejemplo joules
(N.m), erg (dina.cm) ó ft.lbf. También es usual definir unidades de energía en términos de
la cantidad de calor que debe tranferirse a una masa especificada de agua para aumentar su
temperatura en un intervalo especificado a una presión constante de 1 atmósfera. Las
unidades de este tipo más comunes setabulan a continuación.
Unidad

Símbolo

Kilocaloría ó kilogramo-caloría
Caloría ó gramo-caloría
Unidad térmica británica (British thermal unit)

Kcal
cal
Btu

Masa de
Intervalo de
agua
temperatura
1 kg 15°C a 16°C
1g
15°C a 16°C
1 lbm 60°F a 61°F

La conversión emtre estas unidades y otras de unidades de energía se realiza empleando las
conversiones correspondientes.
1Joule = 107 ergios = 0.23901 cal = 0.7376 ft-lbf = 9.486.10-4 Btu = 2.778.10-7 kW.h

Cálculo de energía cinética
La energía cinética de un objeto de masa m que se mueve a una velocidad u relitava a la
superficie de la tierra es:
Ec = 1/2.m.u2
(Si expresamos la masa en kg y la velocidad en m/s, entonces la energía estará en joules, J)
Si un fluido ingresa a un sistema a una velocidad másica...