Termodinamica Balance

IPLOMADO DE ACTUALIZACIÓN EN

INGENIERÍA QUÍMICA

BASES TERMODINÁMICAS

DR. ENRIQUE R. BAZÚA RUEDA

DR. FERNANDO BARRAGÁN AROCHE

FACULTAD DE QUÍMICA. UNAM

2008

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CONTENIDO Pag.

I.- Objetivos de la termodinámica. 7

II.- Balances de Energía en Sistemas Abiertos. 9

II.1.- Evaluación del trabajo. 7

III.- Balances de Entropía en Sistemas Abiertos. 20

III.1.- El equilibrio. 20

III.2.- Temperatura. 21

III.3.- Procesos reversibles, irreversibles y cuasiestáticos. 22

III.4.-Conversión de energía térmica a energía mecánica. 24

III.5.-La entropía 35

III.6.-Balance de Entropía en Sistemas Abiertos 41

III.7.-Energía Ideal y Energía Perdida 45

III.8.-Balance de Energía Mecánica 49

III.9.-Diferencia de Entalpías y Entropías en líquidos y gases Ideales 51

IV.-Cálculos en Equipos de Proceso 59

IV.1.-Potencia de un compresor adiabático 59

IV.2.-Potencia de un compresor isotérmico 62

IV.3.-Potencia de una Bomba 63

IV.4.-Cambiador de calor 64

IV.5.-Mezclado Adiabático de corrientes 49

V.-La Termodinámica como Herramienta en el Diseño de procesos 72

V.1.-Ciclo de generación de potencia 73

V.2.-Ciclo de Refrigeración 86

V.3.-Compresor con Interenfriadores 96

V.4.-Temperatura de Acercamiento en un Economizador 101

V.5.-Procesos de Separación 103

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Notación

Cantidades con mayúsculas son para las propiedades totales.

Cantidades con minúsculas son para las propiedades especificas (por unidad de masa) o

molares (por unidad de mezcla).

U , u = energía interna

H , h = entalpía H = U + PV

S , s = entropía

A , a = energía de Helmholtz A = U - TS

G , g = energía de Gibas G = H – TS

V , v = volumen

T = temperatura absoluta

P = presión absoluta

F = {U, H, S, A, G, V} = propiedad total de la mezcla.

f = propiedad molar (específica) de la mezcla.

fi = propiedad molar (específica) del componente i puro.

Q = calor (positivo cuando los alrededores transfieren calor al sistema)

W = trabajo (positivo cuando los alrededores realizan trabajo sobre el sistema)

M, N = masa o moles totales

Q,W,N = calor, trabajo, masa por unidad de tiempo.

g = aceleración de la gravedad.

Z = altura del sistema con respecto aun plano de referencia.

υ = velocidad

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SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)

Prefijos Unidades Fundamentales

1012 tera T 10-2 centi c tiempo: segundo s

109 giga G 10-3 mili m longitud: metro m

106 mega M 10-6 micro μ masa: kilogramo kg

103 Kilo k 10-9 nano n temperatura: Kelvin K

cantidad de

substancia:

mol Mol

Unidades derivadas

Fuerza: Newton N=kg m/s2

Presión: Pascal Pa=N/m2=kg/(ms2)

Energía: Joule J=Nm=kg m2/s2

Potencia: Watt W=J/s=kg m2/s3

Factores unitarios de conversión de unidades

Longitud Fuerza

1m = 3.28084 ft 1 lb = 32.174 lb ft/ s2

= 39.3701 in = 4.4482 N

1in = 2.54 cm 1Kg = 9.807 kg m / s2

1ft = 30.48cm = 12 in = 9.807 N

Masa

2 1

N s

kg m g c =

32.174 lb s2

lb ft

factor unitario

9.807 kg s2

kg ft

1 kg = 2.20462 lb

1 lb = 0.453593 kg

Volumen

1 m3 = 1000 L

= 35.3147 ft 3

= 264.17 gal

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Presión

1 bar = 100 kPa 1 atm = 1.01325 bar

= 0.1 MPa = 101.325 kPa

= 0.986923 atm = 0.101325 MPa

= 14.5038 psia = 14.696 psia

= 1.0197 kg/cm2 = 1.0332 kg/cm2

= 750.062 mmHg = 760 mmHg

= 401.48 in H2O = 406.8 in H2O

Energía Constante

...