termodinamica

TERMODINÁMICA
Ing. José Huapaya Barrientos

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BALANCE DE MATERIA
Y ENERGÍA

OBJETIVOS
• Conocer los diversos tipos de balances de materia que
pueden presentarse
• Tener la capacidad de plantear balances de materia
• Tener conocimientos de los diversos tipos de balances de
energía que pueden presentarse
• Plantear balances de energía

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RESUMEN

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1. Los problemas debalance de masa y energía, se basan en la
aplicación correcta de las leyes de la conservación de la masa
y la energía.
2. La resolución sistemática de muchos problemas, creará la
intuición necesaria para resolver nuevos casos.
3. Un balance de materia y de energía es un procedimiento que
lleva una contabilidad exacta de la materia entrante y
saliente de un proceso. Asimismo, como el balancede
energía
4. Lavoisier: LCM “Nada puede crearse y en cada proceso hay
exactamente la misma cantidad de sustancia presente antes
y después de que el proceso haya sucedido, solamente hay
un cambio o modificación de la materia”.
5. LCE “La energía de un proceso no se crea no se destruye, solo
se transforma”

El balance puede plantearse como:
Rapidez de salida de la
materia y energíadel
sistema

E1
m1

Balance de masa:
Balance de energía:
5

-

Rapidez de entrada de la
materia y energía al
sistema

SISTEMA TERMODINÁMICO
(Sistema en Estudio)

𝒅𝒎
𝒎𝟐 − 𝒎𝟏 =
𝒅𝒕

𝒎𝟐 𝑬𝟐 − 𝒎𝟏 𝑬𝟏 =

𝒅𝒎𝑬
𝒅𝒕

=

Rapidez neta de
acumulación de masa y
energía en el sistema

E2
m2

• También los balances deben efectuarse para alguna sustancia en
particular. Sedenomina balance parcial, o balance por componentes.
• En los balances parciales de masa se tiene en cuenta que una especia
química puede aparecer o desaparecer por medio de una reacción
química, por lo tanto, debe incluir el termino rapidez de generación. El BM
para una sustancia en particular se presenta:

Rapidez de
salida de la
sustancia i

-

Rapidez de
entrada de la
sustancia i

=Rapidez neta de
acumulación de
i

+

Rapidez neta de
generación de i

• En las condiciones particulares no todos los términos tienen
significancia, pudiéndose eliminar, dando ecuaciones más
sencillas
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CASOS TÍPICOS
1. Balance de masa en mezclas
Dos o más corrientes se unen para dar una o más corrientes de salida.

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BALANCE TOTAL DE MATERIA:

𝒎𝟏+ 𝒎𝟐+ …= 𝒎𝟑+ 𝒎𝟒BALANCE PARCIAL DE LA SUSTANCIA “a”:

𝒎𝟏 𝒙𝟏 + 𝒎𝟐 𝒙𝟐 + …= 𝒎𝟑 𝒙𝟑 + 𝒎𝟒 𝒙𝟒
𝒙 𝑨 = 𝑭𝒓𝒂𝒄𝒄𝒊𝒐𝒏 𝒆𝒏 𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒐𝒏𝒆𝒏𝒕𝒆 𝑨

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2. Balance de materia en separadores
Balance Global:

𝒎𝟏 = 𝒎𝟐+ 𝒎𝟑
Balance Parcial de la sustancia “a”:

𝒎 𝟏 𝒙 𝑨 𝟏 = 𝒎 𝟐 𝒙 𝑨 𝟐+ 𝒎 𝟑 𝒙 𝑨 𝟑

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• En diversos equipos como absorbedores, secadores, destiladores,
cristalizadores y extractores, se introducen variascorrientes que
viajan dentro del equipo de dos formas:
CONTRACORRIENTE: Una corriente líquida fluye en un sentido y otra
corriente fluye en sentido contrario

CORRIENTE PARALELA: En donde las dos corrientes viajan en la
misma dirección

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CONTRACORRIENTE

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CORRIENTE PARALELA

RECIRCULACIÓN O REFLUJO
En ciertos procesos parte de los
productos se vuelven a procesar
mezclándose conlos reactivos.
Balance en todo el proceso:
𝒎𝟏 = 𝒎𝟓

Balance en la unión:
𝒎𝟏+ 𝒎𝟑 = 𝒎𝟒

𝒎𝟒 = 𝒎𝟐
𝒎𝟐 = 𝒎𝟑+ 𝒎𝟓
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𝒎𝟒

DERIVACIÓN, BY-PASS O RETORNO
Parte de los reactivos pasan al proceso y otra parte no entra al
proceso.

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BALANCE DE ENERGÍA
• En un balance total de energía se toma en cuenta las
transferencias de energía a través de los límites del sistema.
• Ciertostipos de energía están asociados con la masa que
fluye, otros tipos como el calor y el trabajo son sólo formas
de trasmisión de energía.

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SISTEMA TERMODINÁMICO
(Sistema de Trabajo)

1

Q

𝑇1
𝑚1
𝐸𝑐1 =

W

2

𝑇2
𝑚2

𝑚1 2
𝑣
2 1

𝐸𝑐2 =

𝑚2 2
𝑣
2 2

𝐸𝑝1 = 𝑚1 𝑔𝑧1

𝐸𝑝2 = 𝑚2 𝑔𝑧2

𝐸𝑝𝑣 = 𝑝1 𝑣1

𝐸𝑝𝑣 = 𝑝2 𝑣2

𝑣1

𝑣2

𝑈1

Energía entrante
al sistema
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=...