Balances de energía

Tema 5. Balances de Energía

Fundamentos de Ingeniería Ambiental

BALANCES DE ENERGÍA
OBJETIVOS
- Distinguir y reconocer las diferentes formas de energía.
- Seleccionar un sistema apropiado para resolver un problema, ya sea cerrado o abierto,
en estado estacionario, y establecer la frontera del sistema.
- Calcular cambios de entalpía a partir de ecuaciones, gráficas y tablas de capacidadcalorífica, dados los estados inicial y final del material.
- Determinar el estado de referencia para los valores de entalpía de las fuentes de datos.
- Expresar el balance de energía con palabras y escribirlo con símbolos matemáticos
para sistemas cerrados y abiertos.
- Aplicar el balance de energía general para resolver problemas específicos,
simplificando dicha ecuación en función delenunciado del problema y otra
información.
- Determinar calores de formación a partir de datos experimentales, para el cambio de
entalpía de procesos con reacción química, y a partir de tablas de referencia.
- Calcular calores de reacción estándar a partir de los calores de formación estándar
tabulados para una reacción dada.
- Aplicar el balance de energía general (y el balance de materia) aprocesos en los que
intervienen reacciones.
- Familiarizarse con las tablas de vapor de agua.
- Escribir el balance de energía mecánica en estado estacionario para un sistema abierto
y aplicarlo a un problema específico.

ÍNDICE
5.1 Introducción
5.2 Conceptos principales
5.2.1 Tipos de energía
5.3 El balance general de energía. Primera ley de la termodinámica
5.4 Balances de energía ensistemas cerrados sin reacción química
5.5 Balances de energía en sistemas abiertos en estado estacionario sin reacción química
5.5.1 Cálculo de cambios de entalpía
5.5.2 Procedimiento para calcular balances de energía
5.5.3 Balances de energía en sistemas de una fase
5.5.4 Balances de energía en sistemas con cambio de fase. Calor latente
5.6 Balances de energía en sistemas en estadoestacionario con reacción química
5.7 Aprovechamiento del vapor de agua
5.8 Balances de energía mecánica
5.9 Bibliografía específica

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Tema 5. Balances de Energía

Fundamentos de Ingeniería Ambiental

5.1. INTRODUCCIÓN
Durante las reacciones químicas y los cambios de estado tienen lugar variaciones
de energía, por lo que, para aprovechar correctamente esta energía, debemos
comprender losprincipios básicos de la generación, uso y transformación de la energía
en sus diferentes formas.
Si queremos utilizar el balance macroscópico de energía, debemos expresarlo en
forma de ecuación basada en el principio de conservación de la energía. Antes de
plantear los balances macroscópicos de energía, veamos algunas definiciones.

5.2. CONCEPTOS PRINCIPALES
Repasemos algunos conceptosque se han usado ya a lo largo del tema anterior
para determinar un sistema, ya que se emplearán con frecuencia en este tema.
Sistema
Es cualquier masa de material o segmento de equipo especificado arbitrariamente
en el cual centramos nuestro estudio. Se define el sistema circundándolo con una
frontera (imaginaria), la cual determina si el sistema es cerrado (si no hay transferencia
de masa através de ella) o abierto (si la frontera permite intercambio de masa). Toda
materia externa al sistema se designa como entorno.
Propiedad
Es una característica de un material que se puede medir o calcular. Las
propiedades de un sistema dependen de su condición en un momento dado. Existen
propiedades extensivas, que dependen de la cantidad de material que contenga el
sistema, e intensivas,que no dependen de la cantidad de material que contenga el
sistema.
Estado
Está definido por un conjunto dado de propiedades de los materiales en un
momento dado. El estado de un sistema no depende de la forma o la configuración del
sistema, sólo depende de sus propiedades intensivas, tales como la temperatura, la
presión y la composición.

5.2.1. TIPOS DE ENERGÍA
La energía se define...