BALANCE DE MATERIA

INFORME DE LA PRÁCTICA
BALANCE DE ENERGÍA EN ESTADO NO ESTACIONARIO

Laboratorio de Bases de la Ingeniería Química I
























ÍNDICE
Introducción

1. INTRODUCCIÓN
El sistema al que se va a plantear el balance de energía en estado no estacionario es un tanque adiabático que se encuentra agitado, dotado de un sistema de calefacción a través deresistencias eléctricas y de un sistema de rebosadero que hace que el volumen sea constante.
Al plantear el balance de energía para nuestro sistema adiabático de la práctica, se obtiene:

(Ec )

donde: mi= caudal másico que entra o sale del sistema (kg/s)
hi = entalpía por unidad de masa de cada una de las corrientes (J/kg)
M = cantidad de materia que hay en el tanque (kg)U = energía interna por unidad de masa del contenido de tanque (J/kg)
q = calor neto por unidad de tiempo que entra al sistema no asociado a la masa (J/s ≡ w)
ws = trabajo neto por unidad de tiempo que entra al sistema no asociado a la masa (J/s ≡ w)
Si se toma como estado de referencia el estado líquido a la temperatura Tref y se admite que no hay cambio de fase, laentalpía por unidad de masa de las corrientes (entrada y salida) del sistema y la energía interna del contenido del tanque pueden expresarse como:
h1 = cp1 (T1 - Tref)
h2 = cp2(T2 - Tref)
u = cv (T - Tref)
donde:
cp1 es el calor específico de cada corriente expresado en (J/kg·K) y cv el calor específico del contenido del tanque expresado en (J/kg·K).
Sustituyendo en la Ec 1 se obtiene:

( Ec)



Por otro lado, se puede considerar que:
a) se desprecia la potencia aportada por el agitador:
ws = 0

b) el calor específico de las corrientes y la que en cada momento tiene el líquido en el taque son constantes y no dependen de la temperatura ni de la presión.
cp2 = cp1= cv = cte

c) la densidad de las corrientes y la que en cada momento tiene el líquido en el tanque sonconstantes y no dependen de la temperatura:
ρ2 = ρ1 = ρ = cte

d) se tiene en cuenta que el volumen, al tener el tanque un sistema de rebosadero, permanece constante, por lo cual el caudal volumétrico de entrada es igual al de salida:
V= cte= Vo QL1=QL2=QL
Y de esta manera la Ec 2 se transforma en:

(Ec )


donde:
QL= caudal volumétrico (m3/s)
ρ = densidadn (kg/m3)
Vo = volumendel tanque (m3)
Al suponerse que a agitación es perfecta, se cumplirá en todo momento que T2=T. Por tanto la Ec 3 se puede escribir como:

(Ec )


Si se especifica que:
y
la Ec 4 se puede escribir:

(Ec )


donde es el tiempo de residencia del líquido en el tanque, expresado en (s), TG con dimensiones de temperatura, es la máxima diferencia posible de temperatura de lacorriente de salida respecto a la de entrada. El valor de , TG y el de T1, temperatura de la corriente de entrada al tanque, puede calcularse con los datos iniciales conocidos del sistema.
La Ec 5 expresa el cambio de la temperatura en el interior del tanque con el tiempo y es una ecuación diferencial. Para conocer esta relación, se integra la ecuación conociéndose una condición inicial de partida:Para: t=0, T=To
separando variables en Ec 5 e integrando con la condición antes apuntada, se obtiene:


( Ec )


la cual nos da la relación entre a temperatura T en el interior del tanque y el tiempo trascurrido, t.
Considerando que cuando se llega al estado estacionario, el término dT/dt = 0 y por tanto la Ec 5:

(Ec )


También se puede llegar a esta misma conclusiónhaciendo t=∞ en la Ec 6.








2. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA
El objetivo de la práctica que se ha llevado a cabo es contrastar los datos obtenidos experimentalmente del aumento y la disminución de la temperatura con respecto al tiempo, en un proceso de calentamiento y enfriamiento, respectivamente, utilizando las ecuaciones necesarias para cada proceso.

3. DISPOSITIVO EXPERIMENTAL...