Alex

EL BALANCE DE ENERGÍA
Considerando un proceso al estado estacionario representado por la fig. 5.1. La ecuación de conservación se puede escribir para incluir las diferentes formas de energía.
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Fig. 5.1 Proceso general al estado estacionario
Por unidad de masa de material:
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Los sufijos 1 y 2 representan los puntos de entrada y salida respectivamente. Q es el calor transferido através de los límites del sistema; positivo para el calor entrando al sistema, negativo para el calor saliendo del sistema. W es el trabajo realizado por el sistema, positivo para el trabajo yendo desde el sistema hacia los alrededores, y negativo para el trabajo entrando al sistema desde los alrededores.
La ecuación 5.6 es una ecuación general para sistemas con flujo al estado estacionario.En procesos químicos, los términos de energía cinética y energía potencial son usualmente pequeños comparados con los términos de calor y trabajo, y pueden normalmente ser despreciados.
Es conveniente, y provechosos, tomar los términos U y pV juntos; definiendo el término entalpía, el símbolo usual es H, así:

           H = U + PV

La entalpía es una función de la temperatura ypresión. Valores para las sustancias mas comunes han sido determinadas experimentalmente y son dadas en los diferentes “hanbooks”. Así mismo, la entalpía puede calcularse a partir de datos de calor específico y calor latente.
Si los términos de energía cinética y energía potencial se desprecian, la ecuación 5.6 se reduce a:
H2 – H1 = Q – W                                                                      (5.7)
Esta ecuación  simplificada es usualmente suficiente para estimar los requerimientos de calentamiento y enfriamiento de las diferentes unidades de operación incluidas en los procesos químicos.
Como los términos dependientes del flujo han sido omitidos, esta ecuación simplificada es aplicable tanto para sistemas estáticos (sin flujo) y sistemas con flujo. Ypuede usarse para estimar los requerimientos de energía para los procesos “batch”.
Para muchos procesos el término del trabajo será cero, o muy pequeño y la ecuación 5.7 se reduce a una ecuación de simple balance de calor.
Q = H2 – H1                                                                               (5.8)
Cuando se genera calor en el sistema; por ejemplo en un reactorquímico.
            Q = Qp + Qs                                                                           (5.9)
donde: Qs = calor generado en el sistema, si se libera calor  (proceso exotérmico),  Qs es
                    tomado  como  positivo,  y  si  se  absorbe  calor  (proceso  endotérmico) es
                    tomado como negativo.
           Qp = calor  adicionado  al  proceso  por  el sistema  para mantener la temperatura
                    requerida del sistema.
De aquí:
 Qp = H2 – H1 – Q1
  H1 = entalpía de la corriente de entrada
  H2 = entalpía de la corriente de salida.
Ejemplo 5.1
Balance sin reacción química. Estimar las cantidades de vapor y agua requeridas para la columna de destilación mostrada en la figura.
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En la planta se dispone devapor seco saturado a 25 psig (276 kN/m2), el agua de enfriamiento puede aumentar su temperatura en 30 oC. La columna opera a 1 bar

Solución

Balance de materiales

Es necesario hacer un balance de materiales para determinar los flujos de productos en el tope y el fondo.
Balance de acetona, despreciando las pérdidas de acetona en el fondo.
100 x 0,1 = D x 0,99
Destilado, D= 101 kg/h
Pesados, W = 1000 – 101 = 899 kg/h

Balance de energía

Las energías cinética y potencial de las corrientes del proceso son pequeñas y pueden despreciarse.
Tomando los límites del primer sistema que incluyan al hervidor y al condensador.
Entradas: calor que entra al hervidor QB + calor sensible de la alimentación HF
Salidas: enfriamiento para el condensador QC +...