Balance de Energia Sin Reaccion Quimica

 

BALANCE DE ENERGIA SIN REACCION QUIMICA. Los problemas de balance de masa y energía se basan en la aplicacio aplicacio n correcta de las leyes de la conse conserv rvaci acio on de la masa masa y de la en energ ergíía y pueden pueden llegar llegar a ser extrao extraordin rdinaria ariament mente e complicados.. So complicados So lo la resolucion sistema sistema tica de muchos de ellos creara creara la intuicio intuicio n necesaria para para re reso solv lver er ca caso soss nuev nuevos os.. En esta esta un unid idad ad se resol esolv vera era n algu alguno noss prob proble lema mass qu que e ejemplifiquen estos balances.

Ley de conservacio a: conservacio n de la energía:

alance de energía: ! "ontabili#a energía que ingresa$ ingresa$ sale y se acumula en un sistema. ! Se basa en la Ley de "onservacio "onservacio n de la Energía a:: % &La energía no se crea c rea ni se destruye$ so so lo se trans'orma(. trans'orma(. Los balances de energía se llevan a cabo en plantas de proceso$ por ejemplo$ para cuantificar:    

La potencia necesaria para bombear un líquido de un tanque a una unidad de proceso para determinar la capacidad de la bomba. La cantidad de energía necesaria para evaporar una cantidad de agua. La cantidad de vapor requerida para alimentar un evaporador de jugos. El flujo de amoníaco necesario necesario en un sistema de en'riamiento para para mantener una baja temperatura de un cuarto 'río o..

El balance de energía se basa en la Ley de la "onservacio n de la Energía$ que indica que en un proceso$ la energía no se crea$ ni se destruye$ so so lo se trans'orma. En un balance total de energía se toma en cuenta las trans'erencias de energía a traves de los límites del sistema. "iertos tipos de energía esta esta n asociados a la masa que fluye$ otr otros os como el ) *calor+ y el , *-rabajo+ son solo 'ormas de transmisio transmisio n de energía. Energía entrante al sistema

SISTEMA 1

L1 Ec1 Ep1 Epr1 U1



Energía saliente del sistema

/

0cumulacio n

2

Q

W

L2

En donde:

Ec2 Ep2 Epr2 U2

Ec= Energía CinétcaV= Volumen U= Energía InernaW= Traa!o L= "lu!o m#$icoEpr= m#$icoEpr= Energía de pre$i%n Ep= Energía &oencialQ= Calor

 

La energí energía se define como todo aquello aquello capa capa## de genera generarr un tra trabajo bajo$$ siendo siendo el tra trabajo bajo el producto de la 'uer#a por una distancia. 1 "2-0-234 "2-0-234 5al67 8l 9;7 <

W = F ∗d El calor es una 'orma de energía y se mide a traves de variaciones de temperatura. -ambien se define como la energía que se transfiere de un cuerpo a otro mediante una di'erencia de temperaturas. El calor se mide en =ilocalorías o ->. La relacion de calor y trabajo es: 1 kcal = 4185  julios =426.6 kgm 1 BTU =778 lb − pie

APLICACIÓN. Los residuos solidos se pueden clasificar en residuos convencionales y no convencionales: ?esiduos convencionales: Estos son objetos$ materiales$ sustancias o elementos solidos que por su naturale#a$ uso$ consumo y@o contacto con otros elementos$ objetos o productos no son peligrosos el generador abandona$ recha#a o entrega siendo susceptibles de aprovechamiento o trans'ormacio trans'ormacion en un nuevo bien$ con valor econo econo mico o de disposicio disposicio n final. Los residuos so so lidos se dividen en aprovechables y no aprovechables. aprovechables. ?esiduos especiales: Son objetos$ elementos o sustancias que se abandonan$ botan$ desechan$ descartan desca rtan o recha#an recha#an y que por su natural naturale#a$ e#a$ uso$ contacto contacto$$ cantidad$ cantidad$ concentra concentracio cio n o caracte car acterí rística tica son in'eccio in'ecciosos$ sos$ to to xicos$ xicos$ combusti combustibles$ bles$ infl inflamab amables$ les$ exp explosi losivos vos$$ corrosi corrosivos vos$$ radiactivos o volatili#ables y pueden causar riesgo a la salud humana o deteriorar la calidad ambienta ambi entall hasta hasta niveles niveles que causan causan riesgo riesgo a la salud humana. humana. 0sí mismo se consider consideran an residuos peligrosos los envases$ empaques y embalajes que hayan estado en contacto con dichos residuos y requieren manejo se especial. )uedan incluidos en esta denominacio denominacio n$ los residuos que en 'orma líquidaun o gaseosa empaquen o envasen. La dispo disposic sicio io n de resid residuos uos so so lidos lidos crea crea un pr prob oblem lema a sob sobre re to todo do en #o #onas nas den densam samen ente te pobladas. En general$ mientras mas concentrada este la poblacion el problema se vuelve mayo ma yorr$ aunque aunque alguna algunass a reas reas muy muy po pobla bladas das han pr produ oducid cido o soluci solucion ones es creat creativ ivas as para para minimi#ar los problemas. Se han hecho diversas estimaciones de la cantidad de residuos solidos generados y recolectados por persona y por día. a. Las costumbres sociales causan notorias variaciones variaciones en la masa de los residuos generados. Aor ejemplo$ las recolecciones recolecciones ma ma s 'recuentes tienden a causar un aumento en la cantidad total de material recolectado. 0l aumentar el uso de unidades domesticas de disposicion de basura se tiende a disminuir la masa mas a de re resid siduos uos ali alimen mentic ticios ios des desech echado ados. s. 0 medida medida qu que e aument aumenta a el uso de ali alimen mento toss empacados y preparados$ tambien lo hace la masa de los residuos de empaque$ mientras que disminuye disminuy e la cantidad de residuos brutos alimenticios. La masa total de residuos es menor en areas de menor ingreso$ mientras que aumenta el porcentaje de residuos alimenticios.

 

Ejemplo. >n relleno sanitario Ejemplo. sanitario con sistema sistema de recolec recoleccio cio n de gas brinda servicio servicio a cierta cierta poblacio n de 7. personas. El residuo so poblacio so lido municipal se genera a una tasa de 6.BC Dg. 6 *capita.dia+ . Se produce gas con una tasa anual de F.7 l.Dg 6 de residuo solido municipal entregado al relleno sanitario. El gas contiene CCG de metano. Se recupera el 6C G del gas generado. El poder caloríffico ico de este es 6H =I.m 9$ aproximadamente. La empresa que administra el relleno sanitario y un urbanista han propuesto construir una unidad cercana y entubar el metano generado hacia las viviendas$ donde se destinaria a cale'accio n. Se estima F

que viviendas emplearí an an un promedio 6  =I energían te rmica cada anJn otas en cadalas una. El uso ma ximo durante el inviernodees66 6.C xveces lade utili#acio promedio. K"ua viviendas se pueden construir en la unidad Solucion. En esencia se trata de un problema de balance de masa y energía$ en el que se desecha residuo solido en un relleno sanitario. Murante la descomposicion del residuo se genera metano$ que se aprovecha aprovecha en las viviendas para cale'accio cale'accio n. La energía generada generada en el relleno debe ser igual a la que consumen los habitantes. La cantidad de metano generado es igual a: *"antidad de residuo residu o desechado en el relleno sanitario por persona por anJ anJ o+ x *cantidad de personas atendidas por el relleno sanitario+ sanitari o+ x *tasa de produccio produccio n de gas por masa de residuo so so lido+ x *'raccio *'raccio n de metano en el gas+  16.BC Dg.*capita+ Dg.*capita+6.dia6< *9FC dias.anJ dias.anJ o6+*7 personas+*F.7 l gas.Dg6+*.CC+  N.;C x 6; l metano.anJ metano.anJ o6 

Aero como solo se recupera el 6C G *N.;C x 6; l metano.anJ metano.anJ o6+*.6C+  H.7; x 6H l metano.anJ metano.anJ o6

El contenido calorífico del metano recuperado es *6H  =I.m9+ *H.7; x 6H l.an  l.anJJ o6+ *69 m9.l6+  6.7N x 6B =I.an  =I.anJJ o6 Energía que debe suministrarse a las viviendas durante las epocas de demanda maxima *es decir$ en invierno+: Memanda maxima  uso promedio x 6.C  *66 x 6F =I.an  =I.anJJ o6+ *6.C+ o 6.FC x 6; =I.vivienda6.an .anJJ o6

 

"omo no se pueden calentar una 'raccion de vivienda$ se pueden construir siete viviendas.

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR. La trans'erencia de calor es el proceso de propagacion del calor en distintos medios. La parte de la 'ísica sica que estudia estudi a estos procesos$ se llama a su ve#: -rans'erencia de calor o -ransmisio -ransmisio n de calor. La trans'erencia de calor se produce siempre que existe un gradiente termico o cuando dos sistemas con di'erentes temperaturas$ se ponen en contacto. El proceso persiste hasta alcan#ar el equilibrio termico$ mico$ es decir$ hasta que se igualan las temperaturas. "uando existe una di'erencia de temperatura entre dos objetos o regiones lo suficientemente proximas$ la trans'erencia de calor no puede ser detenida$ solo puede hacerse mas lenta. En general$ se reconocen tres modos distintos de trans'erencia de calor: conduccio conducci on$ conveccio n y radiacio conveccio radiacio n$ aunque en rigor$ solo la conduccio conduccio n y radiacio radiacio n debieran considerarse 'ormas de transmisio transmisio n de calor$ calor$ porque solo ellas dependen depende n exclusivamente de un desequilibrio termico para producirse. Aara que se produ#ca conveccio conveccio n$ tiene que haber un transporte mecanico ic o de masa adema adema s de una di'erencia de temperatura$ sin embargo$ teniendo en cuenta que la conveccio conveccio n tambie tambie n transfiere energía de #onas con mayor temperatura a #onas con menor temperatura$ normalmente se admite el modo mod o trans'erencia de calor por conveccio conveccio n.

 



 

Conducción:

Es la trans'erencia de calor que se produce a traves de un medio material

por contacto directo entre sus partículas$ culas$ cuando existe una di'erencia de temperatura y en virtud del movimiento de sus micropartículas. El medio puede ser so so lido$ líquido quido o gaseoso$ aunque en líquidos y gases solo se da la conduccion pura si se excluye la posibilidad de conveccio conveccio n. La cantidad de calor que se transfiere por conduccio conduccio n$ viene dada por la ley de Oourier. Oourier. Esta ley afirma que la velocidad velocid ad de conduccio conduccio n de calor a trave trave s de un cuerpo por unidad de seccio secc io n transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo. 

 

Convección:

La transmisio transmisio n de calor por conveccio conveccio n se compone de dos mecanismos

simultaneos. El primero es la trans'erencia de calor por conduccio conduccio n debida al movimiento molecular$ a la que se superpone la trans'erencia de energía por el movimiento de 'racciones del fluido que se mueven accionadas por una 'uer#a externa$ que puede ser un gradiente de densidad *conveccio *conveccio n natural+$ o una di'erencia de presio presio n producida mecanicamente *conveccion 'or#ada+ o una combinacion de ambas. La cantidad de calor trans'erido por conveccio conveccio n$ se rige por la ley de en'riamiento de 4ePton 

 

Radiación:

se puede atribuir a cambios en las configuraciones electro electro nicas de los

a tomos o mole mole culas culas constitutivas. constitut ivas. En ausencia de un medio$ existe una trans'erencia neta de calor por radiacion entre dos superficies a di'erentes temperaturas$ debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en 'orma de ondas electromagneticas. El calor emitido por una superficie en la unidad de tiempo$ viene dado por la ley de Ste'anolt#mann.

 

 

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE SAN ANDRES TUXTLA.

ALUMNO(A): MONICA YANAHI APARICIO APARICIO ORTIZ. ORTIZ.

PROFESOR: AVELINO DOMINGUEZ D OMINGUEZ RODRIGUEZ.

MATERIA: BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA.

INVESTIGACION DOCUMENTAL: APLICACION DE LOS LOS BALANCES DE ENERGIA A PROCESOS SIN REACCION QUIMICA. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR.

INGENIERIA AMBIENTAL 40 A.