Balance de energía. Sistemas abiertos, cerrados y en una superficie.pdf

Balance de energía.

1. PROGRAMA NACIONAL DE FORMACION EN AGROALIMENTACION

2. El balance de energía se basa en la ley de
la conservación de la energía
(Helmholtz,1821)
“La energía para un proceso químico no se
crea ni se destruye solamente se
transforma.”

3. Balance de Energía (BE)
Laenergíapuedetransformarsedeunasformasaotras(mecánica,
térmica,química),loqueobligaaconsideraresteaspectoenlas
ecuaciones.
Engeneral,enelPFC,losBEseránimprescindiblesenequiposenlos
queelintercambiodeenergíaseadeterminante,loque
fundamentalmentesucederáencambiadoresdecalor,evaporadores,
columnasdedestilación,entreotros,esdecir,cuandohayaque
calentaroenfriarunfluido.

4. Enelcasodelosreactoresquímicos,tambiénson
imprescindibleslosbalancesdeenergíaparasudiseño,ya
queencualquiercasohabráqueasegurarsedequela
temperaturadelreactorpermanezcadentrodelintervalo
deseado,especialmentecuandolosefectostérmicosdela
reacciónseanimportantes.
Enreaccionesbioquímicasdichosefectosnosuelensermuy
significativos,asíquesepodránignorarenel
dimensionamientopreliminardelosfermentadoreso
reactoresenzimáticos,siemprequesejustifique.

5. En la mayoría de los otros equipos, y a efectos de
dimensionamiento preliminar, la llamada ecuación de las
entalpías, que se incluye a continuación, suele ser suficiente
para su planteamiento.
Donde??????
??????y ??????
�son los caudales másicos de entrada y salida del
sistema, �
�y �
??????las entalpías de los mismos, y Q el calor
intercambiado por el sistema, que si es positivo será ganado
por el sistema, y si es negativo será cedido por el mismo a los
alrededores. El cálculo de la entalpía de cada corriente puede
realizarse usando de su capacidad calorífica, y una
temperatura de referencia, aunque si hay cambios de fase
también habrá que considerar el calor latente. Para el vapor
de agua lo ideal es usar las tablas de vapor de agua saturado o
recalentado.
??????
??????�
??????−??????
��
�=??????

6. Balance de energía en sistemas
cerrados
Enunsistemacerradonoexistetransferenciademasaatravésdesus
limites.Noexistecorrientedeentradaysalida.Laecuación
generalqueda:
??????
�−??????
??????=??????+??????
�
��
Donde:
??????
�: Energía en estado final
??????
??????: Energía en estado inicial
??????: Calor recibido por el sistema desde el entorno (sistema
calefacción), J/kg
W: Trabajo realizado sobre el sistema, J/kg

7. Balance de energía en sistemas
abiertos
Es un sistema abierto cuando la masa atraviesa los limites del sistema
durante el periodo del balance de energía. Es lo siguiente:
Energía neta transferida = Energía final –Energía final.
Resultando:
??????+????????????=∆�+∆????????????+∆????????????
Donde:
Q: Flujo calórico transferido.
Ws: Trabajo realizado en el sistema.
∆�: Variación en la entalpia.
∆????????????: Variación de la energía cinética
∆????????????: Variación de la energía potencial.

8. Balance de Energía en la Superficie
La ecuación de balance de energía (W??????
−2
) se suele escribir como:
??????
∗
=�+�
????????????+�????????????
−2
Donde:
??????
∗
: Radiación neta ????????????
−2
.
�: Densidad de flujo de calor sensible.
??????: Evaporación.
�
??????: Calor latente de vaporización.
�: Densidad de flujo de calor en el suelo.
La variación de calor almacenado en la capa de vegetación, normalmente
pequeña, se puede despreciar, así como también el calor producido y
consumido por los procesos biológicos en los que intervienen el suelo y la
capa de vegetación.

9. La ecuación de balance de energía describe el proceso en el que la
radiación neta suministrada por el sol y la atmósfera se emplea para
calentar la atmósfera (H), para evaporar el agua y para calentar el suelo.
La radiación neta es la suma de las radiaciones netas de onda corta y de
onda larga:
??????
∗
=1−??????�
↓
+??????
??????�
↓
−????????????
4
??????
Donde:
??????: Albedo.
�
↓
: Radiación solar entrante.
??????
??????: Emisividadde la superficie.
�
↓
: Radiación de onda larga entrante.
??????: Constante de Stefan-Boltzmann(tiene un valor de
5.67x10
−8
????????????
−2
�
−4
)
El término de flujo de calor del suelo está parametrizado mediante

10. Para la conductividad calorífica se toma un valor de
7????????????
−2
�
−1
??????
1es la temperatura de la primera capa del suelo.
En conclusión, la ecuación de balance de energía,
aplicada a la capa de recubrimiento superficial, toma la
forma

11. Referencias Bibliográficas
•Proyecto fin de carrera, Ingeniería química. Extraído de:
https://www.ugr.es/~aulavirtualpfciq/BMyBE.html
•Iriarte U. Tema 6: Balances de energía. Grado en Ciencia y
Tecnología Alimentos, Universidad del País Vasco. Extraído
de:
https://ocw.ehu.eus/pluginfile.php/48039/mod_resource/co
ntent/1/iq_6_BEnergia_OCW.pdf
•Robles M., Reynoso A., Murillo E. Balance de Energía.
Extraído de: https://www.slideshare.net/imac217/balance-
de-energia
•Procesos en la Superficie, Regional and Mesoscale
MeteorologyBranch. Extraído de:
https://rammb.cira.colostate.edu/wmovl/vrl/tutorials/eur
omet/courses/spanish/nwp/n5810/n5810006.htm