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- Escrito por: Germán Fernández
- Categoría: Balances de energía
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Intercambiador de calor de carcasa y tubos
Los balances de energía resultan fundamentales para establecer las variaciones de energía que se producen durante un proceso industrial, o
bien para determinar los requerimientos energéticos de una determinada operación o proceso industrial. Algunos ejemplos son los siguientes:
- Energía que es necesario suministrar a un calderín de ebullición en una columna de destilación.
- Calor que se debe suministrar o retirar a través del encamisado de un reactor para realizar una reacción endotérmica o exotérmica.
- Calor que debemos suministrar a una caldera en un ciclo termodinámico de Rankine.
- Potencia requerida para bombear un fluido a una determinada altura.
En cualquiera de estas situaciones es imprescindible plantear y resolver balances de energía de foma análoga a como se han realizado en secciones anteriores los balances de materia.
Todo balance de energía responde a la siguiente ecuación de conservación:
[Acumulación de energía]=[Entrada de energía]-[Salida de energía]+[Generación de energía]-[Consumo de energía]
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Balance general de energía:
(Acumulación energía)=(Entrada energía)-(Salida energía)+(Generación energía)-(Consumo energía)
En ausencia de reacción química la generación y el consumo de energía son nulos. \begin{equation} E_{tot}|_{t_2}-E_{tot}|_{t_1}=[m_1(\hat{U}_{1}+\hat{K}_1+\hat{\phi}_1)+m_1P_1\hat{V}_1]+Q+W_{eje}-[m_2(\hat{U}_2+\hat{K}_2+\hat{\phi}_2)+m_2P_2\hat{V}_2] \end{equation} Agrupando términos \begin{equation} \Delta E=m_1[(\hat{U}_1+P_1\hat{V}_1)+\hat{K}_1+\hat{\phi}_1]-m_2[(\hat{U}_2+P_2\hat{V}_2)+K_2+\hat{\phi}_2]+Q+W_{eje} \end{equation} De esta última ecuación se obtiene la fórmula general del balance de energía. \begin{equation} \Delta E=-\Delta[m(\hat{H}+\hat{K}+\hat{\phi})]+Q+W_{eje} \end{equation}
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Con un caudal de 1000 l/h, se bombea agua desde el fondo de un pozo de 5 m de profundidad hasta un depósito que tiene una tubería de salida situada a 45 m de altura sobre la superficie del suelo. Para bombear el agua se dispone de una bomba con una potencia de 2 CV, cuya eficiencia es del 55 %, debido a que toda la potencia que consume de la red eléctrica, sólo una parte se transforma en trabajo de bombeo, mientras que la potencia restante se disipa en forma de calor al medioambiente.
Para evitar que, durante el invierno, se pueda congelar el agua en la tubería de suministro al depósito, se dispone de un pequeño sistema de calefacción que aporta 11000 kcal/h al sistema. No obstante, debido a un deficiente aislamiento, el sistema pierde 6000 kcal/h. Sabiendo que el pozo de agua está a 2ºC, calcular cuál será la temperatura que alcanzará el agua situada en el interior del depósito.
Respuesta: 7.6ºC
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Un compresor tiene que comprimir 100 kg/h de aire desde 100 kPa a 225K (condiciones en las que tiene una entalpía de 498 KJ/kg) hasta 1000 kPa y 278K (condiciones en las que tiene una entalpía de 509 KJ/kg). El aire tiene que salir del compresor a 60 m/s.
¿Qué potencia tiene el compresor?
Respuesta: 606 W.