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Mario Santizo

Introducción a los balance de energía en procesos industriales y de potencia

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En esta página de introducción a los Balances de Energía se presenta la aplicación de los balances combinados de materia y energía aplicados a procesos industriales y de potencia.

Los balances de energía en procesos industriales se realizan para fines prácticos de control y costos en estado estable, es decir con las propiedades intensivas y extensivas constantes. Los balances de energía realmente son balances combinados de materia y energía, es decir no son balances de energía específicos o por unidad de masa pues de esta manera no se determina la relación materia y energía, es decir materia prima vs. Consumo de energía y así determinar índices que relacionen la materia con la energía para determinar la eficiencia de los procesos.

Para la aplicación de los balances de Materia y Energía se utilizan las siguientes herramientas:

  1. Primera ley de termodinámica.
  2. Ecuación de continuidad.
  3. Tablas termodinámicas
  4. Ecuación del gas ideal.

A continuación se presenta lo básico sobre el uso de las tablas termodinámicas, ecuación del gas ideal y la ecuación de continuidad:

TABLAS TERMODINáMICAS  [agua y refrigerante]

Las relaciones entre las propiedades termodinámicas de las sustancias puras compresibles se presentan en diagramas o por medio de tablas, lo usual es utilizar tablas.

Líquido saturado y vapor saturado

Representan estados de equilibrio. El subíndice f se utiliza para representar la condición de líquido saturado y el subíndice g para vapor saturado.

En el caso de una mezcla en equilibrio líquido-vapor, la entalpía o el volumen específico, el subíndice corresponderá de acuerdo al estado, es decir, entalpía en estado 2 = h2, volumen específico en estado 1 = n1, etc. En estado de equilibrio formado por una mezcla de líquido y vapor, la diferencia se designa por el subíndice fg. De acuerdo a esta nomenclatura, al determinar el cambio de volumen específico o el cambio de entalpía de líquido saturado a vapor saturado se designa el subíndice como nfg, o hfg. De tabla de vapor saturado 4.2 el agua a 175 kPa y 116.06ºC, hf = 487.0 kJ/kg, hfg = 2,214.0 kJ/kg y hg = 2,701.0 kJ/kg.

Mezcla saturada líquido-vapor

En estado de equilibrio, si al líquido saturado se le incrementa calor, este inicia su proceso de evaporación hasta convertirse en vapor saturado. Durante este proceso de formación da líquido saturado a vapor saturado, la sustancia existe como una mezcla en equilibrio líquido-vapor, dependiendo de la cantidad de líquido y de vapor, así será la relación que existe en equilibrio entre el líquido y el vapor hasta antes de llegar al punto de vapor saturado. A esta relación entre el vapor y líquido-vapor se le llama calidad del vapor, se determina como la cantidad de vapor [libra o kilogramo] en relación a la cantidad total líquido-vapor [libra o kilogramo] y se expresa en porcentaje o en fracción.