BALANCE DE MATERIA

TEMA 4:
BALANCES DE ENERGÍA

IngQui-4 [1]

4.1 Conceptos básicos
Aplicación de la ecuación de conservación genérica:
[4.1]

Ecuación de conservación de la energía total, macroscópica:

[4.2]

IngQui-4 [2]

Bases de cálculo:

! Proceso continuo: Unidad de tiempo.
! Proceso discontinuo: Duración de una operación completa o masa total
del sistema.
El balance de energíacomplementa al balance de materia para conocer
temperaturas y presiones de una operación.

IngQui-4 [3]

4.1.1 Formas de expresión de la energía
Componentes de la energía total de un sistema:

! Energía cinética: Energía debida al movimiento del sistema respecto
a un sistema de referencia:
[4.3]

! Energía potencial: Energía debida a la posición del sistema en un
campo potencial de fuerzas oa su configuración respecto a un estado
de equilibrio:
[4.4]

! Energía interna: Energía debida al movimiento de las moléculas y a
la interacción entre ellas, que se manifiesta a través de la temperatura
del sistema; no es posible expresarla mediante una relación de las
variables de estado, ni calcularla de forma absoluta (sólo diferencias).
IngQui-4 [4]

La transferencia de energíaentre un sistema cerrado y sus alrededores
puede realizarse de dos formas:

! Calor: Energía que fluye como resultado de una diferencia de
temperatura entre el sistema y sus alrededores (calor positivo si lo
recibe el sistema).

! Trabajo: Energía que fluye en respuesta a la aplicación de una fuerza
(trabajo positivo si es realizado sobre el sistema).

IngQui-4 [5]

4.1.2 EntalpíaEntalpía: Función de estado resultado de la combinación de la energía
interna con una parte del trabajo que genera el sistema:
[4.5]

Entalpía específica: Entalpía por unidad de masa:

[4.6]

Sólo es posible calcular diferencias de entalpía, por lo que hay que
establecer estados de referencia.

IngQui-4 [6]

Entalpía de formación (estándar): Variación de la entalpía producida en
laformación de un mol de un compuesto a partir de sus elementos
constituyentes, en el estado estándar (298 K y 1 atm), cuyas respectivas
entalpías de formación se definen como nulas en este estado.
Entalpía de combustión (estándar): Variación de entalpía producida en
la combustión completa de un mol de un compuesto, en el estado estándar
(298 K y 1 atm), definiendo como nulas las respectivasentalpías de
combustión de los productos finales de oxidación.

IngQui-4 [7]

4.1.3 Cambios de entalpía en procesos físicos
Calor sensible: Cambios de entalpía debidos a cambios de temperatura
en una sola fase.
Capacidad calorífica a presión constante (calor específico): Variación
de la entalpía con la temperatura (cantidad de energía necesaria para
elevar en un grado la temperatura de unasustancia):

[4.7]

IngQui-4 [8]

Cambio de entalpía que se produce (si no hay cambio de fase) como
consecuencia de un cambio de temperatura:

[4.8]

La capacidad calorífica de una sustancia es un valor empírico que para
pequeñas variaciones de temperatura se considera constante, por lo que:
[4.9]

IngQui-4 [9]

Calor latente: Cambio de entalpía debido a transiciones de fase, atemperatura constante.
El calor latente de una sustancia para sus diferentes transiciones de fase
es un valor empírico en determinadas condiciones de presión.
En la Figura 4.1 se muestran los cambios de entalpía de una sustancia
con la temperatura.

IngQui-4 [10]

Figura 4.1: Cambios de entalpía en procesos físicos.

IngQui-4 [11]

4.1.4 Cambios de entalpía en procesos químicos
Ley deHess: “La entalpía intercambiada a presión constante en un
cambio químico es independiente del camino por el que transcurre dicho
cambio”.
Los cambios de entalpía de una reacción química pueden ser calculados
a partir de estándares tabulados en entalpías de formación o combustión (Figura 4.2).

IngQui-4 [12]

Figura 4.2: Ley de Hess, entalpías de reacción a 25ºC.

Entalpía de...