Unidad 3

UNIDAD Balance de energía sin reacción química.

Resolver balances de energía y masa en procesos sin reacción química.

1) Glosario de los siguientes términos: Energía, Calor, Energía Potencial, Energía Cinética, Energía Interna, Trabajo, proceso isotérmico, proceso adiabático, proceso isobárico, proceso aislado, rutas hipotéticas.

2) Resumen de la deducción de la ecuación general de balance de energía y sus variantes.

1) Productos entregados.

2) Resolución de manera correcta de problemas de balance de energía y masa sin reacción química.

La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se puede crear ni destruir durante un proceso; solo puede cambiar de forma. La energía puede existir en varias formas: térmica, mecánica, cinética, potencial, eléctrica, magnética, química y nuclear, cuya suma conforma la energía total E de un sistema.

Energía cinética: es la energía que posee un sistema como resultado de su movimiento en relación a un marco de referencia (superficie terrestre).

Energía potencial: es la energía que posee un sistema como resultado de su elevación en un campo gravitacional.

Toda la energía que posee un sistema además de sus energías cinética y potencial; por ejemplo, la debida al movimiento de las moléculas en relación al centro de masa del sistema, al movimiento rotacional y vibracional, y a las interacciones electromagnéticas de las moléculas y al movimiento e interacciones de los constituyentes atómicos y subatómicos de estas últimas.

La energía puede transmitirse entre un sistema cerrado y sus alrededores en forma de calor y en forma de trabajo. El calor está definido como la forma de energía que se transfiere entre dos sistemas debido a una diferencia de temperatura.

El calor se define como positivo cuando se transfiere de los alrededores al sistema Q(+).

El trabajo es la transferencia de energía relacionada con una fuerza que actúa a lo largo de una distancia. Ejemplos: Un pistón ascendente, un eje giratorio y un cable eléctrico que cruzan las fronteras del sistema.

El trabajo se define como positivo cuando el sistema lo realiza sobre sus alrededores W(+).

Dirección de calor y trabajo.

El principio de conservación de la energía se expresa: el cambio neto (incremento o disminución) en la energía total del sistema durante un proceso es igual a la diferencia entre la energía total que entra y la energía total que sale del sistema durante el proceso.

Clasificación de los sistemas Los sistemas pueden clasificarse en aislados, cerrados y abiertos. • El sistema aislado es el sistema que no puede intercambiar materia ni energía con su entorno y este es un modelo imaginario cuya frontera o límite del sistema impide cualquier tipo de intercambio.

• El sistema cerrado es el sistema que solo puede intercambiar energía con su entorno, pero no materia, es decir aquel cuya frontera admite únicamente el intercambio de energía. • El sistema abierto es el sistema que puede intercambiar materia y energía con su entorno.

Definición de proceso Se denomina proceso termodinámico a la evolución de determinadas magnitudes ( o propiedades) propiamente termodinámicas relativas a un determinado sistema físico. Desde el punto de vista de la termodinámica estas transformaciones deben transcurrir desde un estado en equilibrio inicial a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial y final

En muchos procesos es común observar que una propiedad permanece constante, y para indicar esto se usa el prefijo iso. Procesos Isotérmicos Procesos Isobáricos Procesos isócoricos o isométricos

Procesos isentalpicos Procesos isentrópicos

En muchos procesos es común observar que una propiedad permanece constante, y para indicar esto se usa el prefijo iso. Procesos Isotérmicos

Procesos a temperatura cte.

Procesos Isobáricos

Procesos a presión cte.

Procesos isócoricos o isométricos Procesos isentalpicos

Procesos a volumen constante Procesos a entalpía cte.

Procesos isentrópicos

Procesos a entropía cte.

Procesos adiabáticos

No hay transferencia de calor (Q=0)

Ciclo. Un ciclo termodinámico es un proceso especial en el cual el estado inicial coincide con el sistema final. Aunque un sistema ha vuelto a su estado original y ha terminado un ciclo, el estado de los alrededores pudo haber cambiado.

Trayectoria. La trayectoria o ruta del proceso es la historia o la sucesión de estados que ha seguido o recorrido el sistema desde el estado inicial hasta el estado final.

Se dice que un sistema es abierto o cerrado de pendiendo de que la masa cruce o no las fronteras del sistema durante el tiempo cubierto por el balance de energía.

Ejemplo Un cilindro con un pistón móvil contiene gas. La temperatura inicial del gas es 25°C. El cilindro se coloca en agua hirviendo y el pistón se mantiene en una posición fija. Se transfiere una cantidad de calor de 2.00 kcal al gas, el cual se equilibra a 100°C (y una presión más alta). Escribe la ecuación de balance de energía de este proceso y resuelva el término desconocido de energía en la ecuación.

En equipo de 3 personas resuelve los ejercicios 7.9 Y 7.10 de tu copia aplicando el balance de energía para sistemas cerrados.

Realizar los siguientes ejercicios de balance de energía en tu libreta. Ejercicios: 2, 3, 6, 7 pag. 405 y 406

Ejercicios: 5.1, 5.2, 5.13, 5.14, 5.15, 5.18 y 5.26 pag. 506, 508, 509 y 510 Libro: Principios básicos y cálculos en ingeniería química. Sexta edición. Autor: Himmelblau.