proyecto esime. intercambiador de calor por hielo secoDescripción completa
Descripción completa
INTRODUCCIÓN..................................................................................................................... ECUACIÓN DE ESTADO DEL GAS IDEAL ..........................…Full description
facultad de quimicaDescripción completa
40 de 40Descripción completa
solemne numero 2 termodinamica unabDescripción completa
MEDINADescripción completa
Descripción completa
Balances de energia y exergia en ahorro de energiaDescripción completa
MEC 208 TERMODINAMICA 2 CAPITULO 1
EXERGIA Y ANERGIA Ing. Fernando Jiménez marzo 2013
La Termodinámica
Es la ciencia de la ingeniería que estudia la “fuerza del calor”. calor”. Estudia “la potencia motriz del calor: la capacidad de los cuerpos calientes para producir trabajo”.
Propiedades y Definiciones Termodinámicas
Temperatura
“nivel de energía” de un cuerpo. Generalmente nos interesa respecto a una referencia o su variación. Unidades: Kelvin, Celsius.
Presión
P = lim
(δ Fn/ δ A)
Unidades: Pascal, bar, PSI
δ A→ A’
Portadores de energía
Gas ideal Gas real Mezcla de gases Sustancia pura
Procesos Termodinámicos
Sin reacción química.
Con reacción química.
1.3.1 Formas de Energía
Energía cinética
Vinculada a la velocidad del portador de energía o del sistema que se analiza.
EC =
1 2
mc
2
Energía potencial
Vinculada al campo gravitacional y la posición del portador o sistema que se analiza
EP
=
mgz
Trabajo Mecánico
Forma de interacción entre el sistema y su entorno durante un proceso. Vinculada a desplazamiento : Fuerza x distancia Vinculada al cambio de volumen : ∫ pdv
Potencia
Trabajo por unidad de tiempo Vinculada a desplazamiento : Fuerza x velocidad Vinculada a un eje: Torque x velocidad angular.
Energía eléctrica
Vinculada al flujo de electrones en un conductor. Unidades de energía: Joules, kW-h. Unidades de potencia: Watts.
EE = v ∗ i
Calor
Energía que atraviesa la frontera del sistema como consecuencia de una diferencia de temperatura. Unidades: Joules, calorías, BTU Generalmente es importante referida a su flujo por unidad de tiempo. Unidades: Watts, Calorías/hora, BTU/hora
Transferencia de calor por conducción
Transferencia de energía en un medio continuo.
q = − kA.
dT dx
a nivel molecular
Transferencia de calor por convección
Transferencia de energía de ó a una superficie por acción combinada de conducción y movimiento del fluido.
q = hA (T 1 − T 2 )
Transferencia de calor por radiación
Forma de energía electromagnética, producto de agitación molecular y atómica asociada con el nivel de energía interna de la sustancia
4
q = ε σ .T
Energía Interna
Vinculada a la energía cinética de vibración de las moléculas.
∂u = Cv ∂T v
Entalpía
Vinculada a la temperatura y presión del portador de energía. Se manifiesta en los flujos de masa del portador de energía
∂h = Cp ∂T p
Se compone de 2 formas de energía
h = u + pv Entalpía Energía Trabajo interna de flujo
Energía química
Vinculada a la energía que tiene un combustible y puede ser liberada mediante un proceso de combustión. La entalpía de combustión es la energía liberada en una combustión. El poder calorífico es la energía referencial liberada en condiciones especiales.
1.3.2 Transformaciones de la energía
Cambio de una forma de energía en otra. Vinculada a procesos y ciclos termodinámicos.
Primera Ley de la Termodinámica
Trata de la “contabilidad energética”.
Análisis por Masa de Control
Análisis por Volumen de Control
La forma de análisis es función del objetivo del mismo
Proceso en un Sistema Cerrado
W (trabajo) ∆E
z N.R.
C Q (calor) ∆E= ∆U + ∆EC + ∆EP
En un lapso de tiempo:
∆ E = Q − W
(kJ )
En un instante ∂ E . . = Q − W ∂T
(kW)
Proceso en un sistema Abierto W (trabajo) ∆Evc
E2
z N.R.
E1
Q (calor) E1 = m1 (h1 + ½ C12 + gz1) E2 = m2 (h2 + ½ C22 + gz2) ∆Evc= mf (uf + ½ Cf 2 + gzf ) - mi (ui + ½ Ci2 + gzi)
En un lapso de tiempo ∆Evc = Q – W + (E1 – E2)
(kJ)
En un instante: . . ∂ E vc . . = Q − W + ( E 1 − E 2 ) ∂T
(kW)
Eficiencia energética según primera ley Relación:
Beneficio/Costo (energético)
energía útil η = -----------------------------------energía suministrada
Segunda Ley de la Termodinámica
Trata de las “finanzas energéticas”. Transformaciones posibles de cada forma de energía. Hay que saber reconocer la capacidad que tiene cada forma de energía en transformarse en otra forma de energía.
Formas totalmente transformables
Energía cinética Energía potencial 1 m.g.z1= ½ mC22
z 2
Trabajo mecánico Energía eléctrica
EE
T . ω = Weje
Formas parcialmente transformables
Calor TA
W = η . QA
QA W |QB| TB
Wmax= (1-TB/TA ) QA
Entalpía
H1
Turbina
W
Adiabática
Wmax= H1- H0 + Q1.0 Ho (po , To)
wmax= (h1 – h0 ) – To (s1-so)
Energía Química Para reacción de combustión: −
−
eq = h − To s −
−
−
−
−
h = h R − h P −
s = s R − s P
Formas intransformables Aquellas formas de energía que entran en equilibrio con el ambiente (estado muerto).
Exergía y Anergía
Cuantificación de constituyentes de cada forma de energía. Cada forma componentes:
Exergía Anergía
de
energía
tiene
dos
parte que puede pasar a otra forma parte que no puede pasar a otra.
Exergía + anergía = constante. Disminuye la irreversibilidades.
exergía
La exergía puede “perderse”
por
las
La exergía es la parte de la energía que tiene valor. Convertirla en anergía es perder dinero.
CÁLCULO DE EXERGIA, ANERGIA
1.
PARA LAS FORMAS ENTERAMENTE TRANSFORMABLES: Así, en EC, EP, W, EE :
TODO ES EXERGÍA.
2. CALOR • Exergia del calor:
• Anergía del calor:
T 1 − δ q. T 0
T 0 T
δ q.
3. ENTALPIA Considerando un proceso de obtención de potencia mecánica con el ambiente como recipiente de baja temperatura con ∆EC, ∆EP : 0. Recordando el análisis de la turbina: q 1.0 = w t max + (h0 – h1) Así, e = (h1 – h0) – T0 (s1 – s0) a = T (s1 – s ) + h
