CAPÍTULO 3
CONCEPTOS BÁSICOS DE
BALANCES DE MASA Y
ENERGÍA
Balance de Masa
Variaciones de
masa contenida en
el volumen de
control al tiempo
“t”
=
Flujo total de
masa
entrando al
sistema al
tiempo “t”
-
mcv = mi - me
Donde :
mcv : cambio de masa¿
mi : entradas
me: salidas
Flujo total de
masa dejando
el sistema al
tiempo “t”
Ejemplo : Balance de Masa
Balance de Masa para un sistema con reacción
química
Un aceite combustible es analizado y se encuentra que
contiene 87% en peso de carbono, 11% de hidrógeno
y 1.4% de azufre, mientras que el resto es material no
combustible (inerte).
• El aceite es quemado con 20% de exceso de aire (en
base a la combustión completa del carbono a CO2, el
hidrógeno a H2O, y el azufre a SO2). El aceite es
quemado completamente, pero 5% del carbono forma
CO en vez de CO2.
• Calcula la composición molar del gas exhausto
que deja el quemador.
Ejemplo: Balance de Masa
NOTE :
INPUT RATE = Qs * Cs + Qw * Cw
OUTPUT RATE = Qm * Cm = (Qs + Qw) * Cw
DECAY RATE = KCV
INPUT RATE = OUTPUT RATE + DECAY RATE
Balance de Energía para Sistemas
Cerrados
Principio de conservación de la energía:
Variación del
intervalo de
tiempo de la
energía total en
un sistema
=
ENRADA
Energía Neta
transferida a través
de los límites del
sistema por
transferencia de
calor al sistema
-
SALIDA
Energía Neta
transferida a través
de los límites del
sistema por el
trabajo hecho por
el sistema
Variación Total de Energía
KE + PE + U = Q – W
Donde :
 KE = Cambio de energía cinética
 PE = Cambio de Energía Gravitacional Potencial
 U = Cambio de Energía Interna
Q = Calor
W = Trabajo
All parameter mentioned above, are in Joules, Btu or Calories.
Características de los Cálculos
de Balance de Energía
– W es el trabajo transferido de los alrededores al
sistema.
+ Q es la energía calorífica trasferida dentro del
sistema desde los alrededores.
Por lo tanto :
+ W es el trabajo hecho por el sistema y liberado
en los alrededores
- Q es la energía calorífica transferida dentro de
los alrededores desde el sistema
Ejemplo : Balance de Energía
Una mezcla de 1 kimol de metano gaseoso y 2 kmol
de oxígeno inicialmente a 25°C y 1 atm se
quema completamente en un contenedor rígido
cerrado. La transferencia de calor ocurre hasta
que los productos son enfriados a 900K.
Determina la cantidad de calor transferida en
kJ.
Estado 1
Estado 2
1 kmol CH4 (g)
2 kmol O2
T1= 25°C
P1= 1 atm
Productos de
la combustión
T2
P2
Ejemplo: Balance de Energía
Consideraciones :
1. El contenido del contenedor rígido cerrado es
considerado como el sistema
2. Efectos de energía cinética y potencia y trabajo = 0.
3. La combustión es completa
4. Los reactivos y productos forman mezclas de gases
ideales.
5. Los estados inicial y final son estados en equilibrio.
Ejemplo: Balance de Energía
La eq. de reacción química para la combustión completa de metano con oxígeno es:
Con las consideraciones 2 y 3, el balance de energía del sistema cerrado toma la forma
Cada coeficiente en esta eq. Es el mismo que el término correspondiente de la ecuación química
balanceada. Puesto que cada reactivo y producto se comporta como gas ideal, las energías
específica e interna pueden
El balance ahora se convierte en:
Ejemplo: Balance de Energía
Donde T1 y T2 denotan, respectivamente, la temp. inicial y final., la ec. se convierte en:
Puesto que el metano y el oxígeno están inicialmente a 25°C, Dh=0 para cada uno de estos
reactivos. También:
para el oxígeno
Con la entalpía de valores de formación para CO2, H2O (g), Y CH4(g); y valores de entalpía para
H2O y CO2 de tablas reportadas en libros:
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Ejemplo : Balance de Energía