Balanço de energia de processos

Sinais do calor e do trabalho

A primeira lei estabelece a conservação da energia. Para um sistema fechado, subtraia o trabalho fornecido pelo sistema do calor que ele recebe para obter a variação de energia total. Se entram 100 kJ de calor enquanto o sistema fornece 30 kJ Potência de eixo fornecida pelo sistema, sua energia aumenta 70 kJ. Insira o trabalho fornecido ao sistema como valor negativo. Uma compressão adiabática resulta, assim, em aumento positivo de energia.

Regime permanente

Para um dispositivo com uma entrada, uma saída e sem acúmulo, a carga térmica é a taxa de aumento de entalpia somada à potência de eixo fornecida pelo sistema. Uma vazão de 2 kg/s com entalpia aumentando de 100 para 150 kJ/kg e saída Potência de eixo fornecida pelo sistema de 20 kW exige 120 kW de calor. Ambas as entalpias devem ter a mesma referência. O cálculo exclui variações de velocidade ou elevação, reações químicas e qualquer modelo de perdas de calor do equipamento.

Interprete o sinal negativo na carga de resfriamento

Em um exemplo de escoamento permanente, considere vazão de 1,5 kg/s, entalpia de entrada de 240 kJ/kg e de saída de 180 kJ/kg. Se forem fornecidos 15 kW de potência de eixo ao sistema, informe −15 kW no campo Potência de eixo fornecida pelo sistema. A variação do fluxo de entalpia é 1,5 × (180 − 240) = −90 kW. A potência térmica necessária é −90 + (−15) = −105 kW. Com essa convenção, devem ser retirados 105 kW de calor do sistema. São valores escolhidos para acompanhar o balanço, não propriedades tabeladas de um fluido específico.

Separe a quantidade de energia em um sistema fechado da taxa de transferência em escoamento permanente. A energia transferida em um período é potência multiplicada pelo tempo. Não trate kJ como kW sem especificar a duração. As entalpias de entrada e saída devem usar a mesma referência e unidade. Somar calor que sai como ganho positivo causa erro de sinal. Potência térmica nula não significa ausência Potência de eixo fornecida pelo sistema, pois os termos podem se compensar. Este cálculo preliminar com uma entrada não representa adequadamente mistura de várias correntes nem variação de energia armazenada.

Perguntas frequentes

Como calcular o balanço de energia?

Por exemplo, se um sistema fechado recebe 100 kJ de calor e realiza 30 kJ de trabalho sobre o ambiente, a energia total varia 70 kJ. A primeira lei subtrai o trabalho realizado pelo sistema do calor fornecido. Este balanço preliminar não determina separadamente as formas de energia nem as taxas do processo.

Calcular com estes valores