TRANSFERENCIA DE ENERGIA

El calor (representado con la letra Q) es la energía transferida de un sistema a otro (o de un sistema a sus alrededores) debido en general a una diferencia de temperatura entre ellos. El calor que absorbe o cede un sistema termodinámico depende normalmente del tipo de transformación que ha experimentado dicho sistema.

Dos o más cuerpos en contacto que se encuentran a distinta temperatura alcanzan, pasado un tiempo, el equilibrio térmico (misma temperatura). Este hecho se conoce como Principio Cero de la Termodinámica, y se ilustra en la siguiente figura.  Un aspecto del calor que conviene resaltar es que los cuerpos no almacenan calor sino energía interna. El calor es por tanto la transferencia de parte de dicha energía interna de un sistema a otro, con la condición de que ambos estén a diferente temperatura. Sus unidades en el Sistema Internacional son los julios (J)

 Primera ley de la termodinámica

El principio que rige los balances de energía es la ley de conservación de la energía que establece que la energía no puede crearse ni destruirse (excepto en procesos nucleares). Esta ley es también llamada primer principio de la termodinámica. En la más general de sus formas, la primera ley dice que la velocidad a la cual la energía (cinética + potencial + interna) es ingresada a un sistema por un fluido, más la velocidad a la cual ingresa energía en forma de calor, menos la velocidad a la cual la energía es transportadda por el fluido fuera del sistema, menos la velocidad a la cual el sistema realiza trabajo sobre los alrededores, es igual a la velocidadd a la cual la energía se acumula en el sistema. Veamos su aplicación a un sistema cerrado. Un sistema será abierto o cerrado según la masa pueda o no atravesar los límites del mismo durante el período de tiempo en que se plantea el balance de energía. Por definición, un proceso batch o por lotes es cerrado mientras que un semibatch o un proceso contínuo son abiertos. El balance integral de un sistema cerrado debe ser planteado entre dos instantes de tiempo (por qué?). Como la energía no puede crearse ni destruirse, los términos de generación o consumo no tienen sentido, llegando a: 

Acumulación = entrada - salida

BALANCE DE ENERGIA PARA SISTEMAS CERRADOS (MASA FIJA)

Q=m*Cv*AT

Se denomina un sistema cerrado cuando es un proceso por lotes, mientras que un proceso continuo o semicontinuo es abierto. En los sistemas cerrados se genera transferencia de energía a través de las fronteras en forma de trabajo o calor, mas no transferencia de masa lo cual se resume en la siguiente ecuación:

BALANCE DE ENERGIA PARA SISTEMAS DE FLUJO ESTACIONARIO

 

Por definición de proceso abierto, en estos hay un flujo de materia que atraviesa los límites del mismo mientras el proceso se lleva a cabo. Por lo tanto, para que la masa ingrese al sistema es necesario efectuar un trabajo para empujar esta masa en el sistema y el sistema debe realizar un trabajo sobre los alrededores para que la masa pueda salir del sistema. Ambos trabajos (tanto para ingresar la materia o que esta egrese) deben ser incluidos en el. balance de energía, y la diferencia entre ambos es el trabajo de flujo. En realidad en estos sistemas, más que hablar de trabajo decimos velocidad de transferencia de energía como trabajo o trabajo/tiempo) Trabajo de Flujo y Trabajo en el Eje

 El trabajo neto realizado por el sistema sobre los alrededores puede ser escrito como:

 W'= W's + W'fl

 donde: W's : es el trabajo en el eje o velocidad a la cual el sistema realiza trabajo sobre partes móviles del sistema (por ejemplo una bomba) 

W'fl : es el trabajo de flujo o velocidad a la cual el fluido realiza trabajo para salir del sistema menos la velocidad a la cual los alrededores realizan trabajo sobre el sistema para introducir el fluido en el proceso.