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Profesor : FELIPE SEPLVEDA UNDA
Email: [email protected]
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mailto:[email protected]
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mconc + mfund + mretornos+ maire+ moxgeno - mmata - mescoria - m
polvo - mgas = Dmescoria + Dmmata
mconc %Cuconc + mretornos %Curetornos - mmata %Cumat - mescoria
%Cuesc - m polvo %Cupolvo = Dmescoria %Cuescoria + Dmmata
%Cumata
Retornos
PRINCIPIOS DE CONSTRUCCIN DE BALANCES DE MASA DEFINICIN DE
SISTEMA - PRINCIPIO DE CAJA NEGRA
Concentrado de Cobre
Fundente
Aire
Oxgeno
Recuperacin de
polvos
Mata de Cobre
Escoria
Salida de gases
Debido a que el proceso es continuo, no hay estado estacionario
de entrada y salida de
materiales y debe estar referido a una unidad de tiempo.
Dmesc , Dmmata - acumulacin de escoria y mata en el CT
Balance de Masa Total:
Balance de masa de Cobre:
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Qu es la termodinmica?: Es la parte de la ciencia que estudia la
energa, sus diferentes manifestaciones, transformaciones y las
propiedades de las sustancias asociadas a ella. Por qu estudiar
termodinmica?: Porque como ingenieros nos interesa el ptimo
aprovechamiento de la energa para fines que sirvan a la humanidad
(electricidad, calefaccin, combustin, refrigeracin) y para
optimizar el uso de la energa debemos conocer las leyes que rigen
su transformacin.
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Las consideraciones termodinmicas no establecen la rapidez de
los procesos fsicos o qumicos. La rapidez depende de la fuerza
impulsoras y de la resistencia; las fuerzas impulsoras son
variables termodinmicas, pero la resistencia no.
La cintica qumica es la parte de la qumica que trata de la
velocidad con que suceden las reacciones, de los factores que
influyen en ella y del mecanismo a travs del cual los reactivos se
transforman en productos.
Tampoco la termodinmica entrega antecedentes de la probabilidad
del proceso, por lo tanto, es posible que un evento ocurra, por
ejemplo en un 100% o en un 0,001%
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Qu es energa?: Es la manifestacin "ltima" de las interacciones
entre molculas, electrones y otros elementos subatmicos; de sus
transformaciones, cambios, degradacin, etc. La energa es una
consecuencia de la segunda ley de Newton sobre el movimiento, una
vez que el trabajo es definido como el producto de la fuerza y el
desplazamiento. Cuntas formas de energa existen?: Muchas: Energa
asociada a la estructura del tomo y de las molculas, energa qumica
(combustible), energa elctrica (condensador), energa de movimiento
(cintica), energa de posicin (potencial).
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Energa cintica (Ec)
Energa potencial (Ep)
Trabajo (W)
Calor (Q)
Energa interna (U)
Entalpia (H)
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En base a la primera ley de la termodinmica, el principio de
conservacin de la energa se expresa como: el cambio neto
(incremento o disminucin) en la energa total del sistema durante un
proceso es igual a la diferencia entre la energa total que entra y
la energa total que sale del sistema durante el proceso
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=
=
-
12
=
Exceso de energa: cambios de fases y reacciones indeseadas.
Dficit de energa: no se logra generar los cambios de fases y
reacciones deseadas.
: equilibrio dependiendo del objetivo del proceso
Exceso de energa: perdida econmica.
Exceso de energa: perdida de la eficiencia del proceso = perdida
econmica.
= 0 , toda energa que ingresa se consume, esto es un proceso
autgeno
= Dficit de energa , requiere energa externa, esto es un proceso
no-autgeno
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SISTEMA, PARED, ENTORNO, UNIVERSO
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Tipos de sistemas:
Cerrado: Es una regin de masa constante; se denomina masa de
control. A travs de sus lmites slo se permite la transferencia de
energa, pero no de materia. La pared que rodea al sistema es
impermeable. Abierto: Es posible la transferencia de masa y de
energa a travs de sus lmites; la masa contenida en l no es
necesariamente constante. Se denomina volumen de control; la
superficie limitante, que por lo menos en parte debe ser permeable
o imaginaria, se llama superficie de control. Una pared tambin
puede ser semipermeable, si permite el paso slo de algunas
sustancias.
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Adiabtico: Una pared adiabtica es aquella que slo permite
interacciones en forma de trabajo entre el sistema y su entorno,
pero sin intercambio de calor ni materia.
Aislado: Un sistema aislado no puede transferir materia ni
energa con su entorno. El universo en su totalidad se puede
considerar como un sistema aislado.
Rgido: No permiten el cambio de volumen.
Una pared Diatrmica permite interacciones de energa de otras
formas que no son trabajo.
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Dado que el sistema abierto entra y salen corrientes,
por lo tanto, entre esas corrientes se transporta energa
asociada con la materia a travs de la frontera que
divide en sistema de sus alrededores. En se caso todo
intercambio de energa entre el sistema cerrado y sus
alrededores aparecer como calor y trabajo.
Esta ecuacin significa que el cambio en la energa
interna total de un sistema cerrado es igual a la energa
neta transferida como calor y trabajo hacia el
sistema.
= +
Energa Calor Trabajo = + Relacin de energa
del interior Relacin de energa
del exterior
=
-
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Calor Trabajo
Relacin de energa interior.
- Reacciones qumicas. - Interacciones
moleculares. - Cambios de estado.
- Reacciones nucleares. - Bioqumicas.
Relacin de expiacin y compresin de los gases y
cambio de posiciones.
=
-
Representa la transferencia de energa de un sistema y su
entorno.
19
=
2
1
=
2
1
-
Es la energa que posee un sistema en virtud de su velocidad
relativa respecto al entorno que se encuentra en reposo.
20
2
2=2
2
=2
2
-
Es la energa que un sistema posee debido a la fuerza que un
campo gravitacional o electromagntico ejerce sobre el respecto a
una superficie de referencia.
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Es una magnitud termodinmica, simbolizada con la letra H
mayscula, cuya variacin expresa una medida de la cantidad de energa
absorbida o cedida por un sistema termodinmico, es decir, la
cantidad de energa que un sistema intercambia con su entorno.
= +
-
Calor especifico: (J/Kg K)
es una magnitud fsica que se define como la cantidad de calor
que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o
sistema termodinmico para elevar su temperatura en una unidad.
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= Capacidad calorfica: (J/XX K) La capacidad calorfica de un
cuerpo es el cociente entre la cantidad de energa calorfica
transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el
cambio de temperatura que experimenta.
=
-
24
=
=
2
1
= =
2
1
-
25
=
=
2
1
= =
2
1
-
26
Energa Calor Trabajo = +
= =
2
1
= =
2
1
Presin constante
Volumen constante
=
=
-
27
=
Balance de energa sin reaccin qumica
Balance de energa con reaccin qumica
- Cuando la reaccin qumica es despreciable. - Cambios de fases.
(solido
liquido -gas).
- Funcin de la temperatura
- Posee una o varias reacciones qumicas importantes.
- Cambios de fases. (solido liquido -gas).
- Funcin de la temperatura
-
28
=
2
1
= a+bT+c2
Casi todas las ecuaciones para la capacidad calorfica de slidos,
lquidos y gases son empricas.
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-
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SISTEMA
(Acumulacin) ENTRADA
Entalpa
SALIDA
Entalpa
DDDm
j
prdidasacumuladoreactantesj
n
i
productosi QHHH1
)(
1
)(
LEY DE CONSERVACIN DE ENERGA
El balance de energa puede ser escrito en trminos de:
entalpa de todas las especies (fases) en la entrada y salida de
materiales
cambios relativos de entalpa de todas las especies con su masa y
temperatura
Prdidas de Calor
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Calor latente: en la energa requerida por una cantidad de
sustancia para cambiar de fase. Calor sensible: es aquel que recibe
un cuerpo o un objeto y hace que aumente su temperatura sin afectar
su estructura molecular y por lo tanto su estado
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Es una cantidad de agua en estado gaseoso que se encuentra
presente en el aire inyectado, aire enriquecido o oxigeno puro.
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Alimentacin hmeda:
Carga Fra
Fundente (Cuarzo)
Carbn
Gases
Aire y oxgeno
Metal Blanco
75% Cu
Escoria
Toberas Inyeccin Concentrado Seco
Concentrado inyeccin
Toberas Aire Soplado
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Condiciones del calor de reaccin: De presenta a presin
constante.
y se encuentra en funcin de ciertas temperaturas (298 K).
Calor estndar de reaccin o Entalpia estndar de reaccin.
Se define como la cantidad de calor que se desprende o se
absorbe durante una reaccin qumica, a presin constante y segn las
cantidades de reactivos y
productos. 0
Calor estndar de formacin o Entalpia estndar de formacin.
Es la variacin de entalpa de un compuesto que acompaa la
formacin de 1 mol de una sustancia en su estado estndar a partir de
sus elementos
constituyentes en su estado estndar. 0
35
=
-
Calor estndar de reaccin o Entalpia estndar de reaccin.
+ = +
0 = ()
=1
()
=1
Calor estndar de formacin o Entalpia estndar de formacin. 0
Para los elementos es cero
en condiciones estandar.
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Cual es el calor de formacin estndar del HCl(g) y el calor de
reaccin?
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1
2 2 () +
1
2 2 ()= ()
()=-92,311 kJ/gr mol
0 = ()
=1
()
=1
-
38
=
0 = ()
=1
()
=1
=
2
1
-
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HSC - Balance de masa y energa de fusin de cobre en CT INPUT
Temp. Amount Amount Amount Latent H Latent H
oC kmol kg Nm3 mJ MJ
Concentrate 30.000 313.971 49998.571 12.609 145.46
-171063.59
CuFeS2 30.000 198.896 36500.000 8.690 96.35 -37767.88
Cu5FeS4 30.000 0.000 0.000 0.000 0.00 0.00
Fe2O3 30.000 16.093 2570.000 0.490 8.47 -13256.53
FeS2 30.000 20.839 2500.000 0.498 6.50 -3568.32
SiO2 30.000 41.608 2500.000 0.962 9.33 -37889.79
CaCO3*MgCO3 30.000 26.727 4928.571 1.716 20.91 -62154.49
Al2O3 30.000 9.808 1000.000 0.252 3.90 -16426.59
Flux 25.000 98.647 6000.000 2.245 0.00 -89882.35
SiO2 25.000 89.874 5400.000 2.077 0.00 -81862.09
CaO 25.000 6.419 360.000 0.108 0.00 -4076.94
Al2O3 25.000 2.354 240.000 0.061 0.00 -3943.32
Air 40.000 896.726 25870.903 20439.189 392.10 392.10
N2(g) 40.000 708.397 19844.613 16146.959 309.62 309.62
O2(g) 40.000 188.329 6026.291 4292.230 82.48 82.48
Oxygen 40.000 309.803 9851.597 7060.811 135.66 135.66
N2(g) 40.000 15.489 433.887 353.041 6.77 6.77
O2(g) 40.000 294.314 9417.710 6707.770 128.89 128.89
OUTPUT
Temp. Amount Amount Amount Latent H Latent H
oC kmol kg Nm3 mJ MJ
Copper Matte 1220.000 81.547 11958.618 2.120 9253.83 3097.77
Cu2S 1220.000 69.614 11079.143 1.978 8368.85 2718.35
FeS 1220.000 4.972 437.109 0.092 555.86 50.31
Cu 1220.000 6.961 442.367 0.049 329.11 329.11
Slag 1240.000 255.821 34286.920 8.130 43690.27 -211200.65
*2FeO*SiO2(l) 1240.000 85.805 17485.070 4.066 25081.17
-100038.52
Fe3O4 1240.000 24.695 5717.836 1.106 6175.08 -21443.35
SiO2 1240.000 45.677 2744.474 1.056 3841.00 -37764.25
Cu2O 1240.000 8.785 1256.997 0.209 853.21 -646.38
Cu2S 1240.000 17.569 2796.165 0.499 2143.65 717.57
FeS 1240.000 1.255 110.318 0.023 141.86 14.27
CaO 1240.000 33.147 1858.841 0.557 2101.25 -18949.79
MgO 1240.000 26.727 1077.221 0.301 1602.85 -14466.58
Al2O3 1240.000 12.161 1240.000 0.313 1750.20 -18623.61
Off-gas 1240.000 1144.536 45475.533 26086.233 54543.12
-69206.50
N2(g) 1240.000 723.886 20278.500 16500.000 28140.68 28140.68
O2(g) 1240.000 21.136 676.333 481.718 868.27 868.27
SO2(g) 1240.000 346.060 22168.190 7886.229 22191.54
-80523.56
CO2(g) 1240.000 53.454 2352.510 1218.286 3342.63 -17691.89
S2(g) 1240.000 0.000 0.000 0.000 0.00 0.00
Heat Losses 8000.00
TOTAL 106814 -8891.19
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Proceso A = XX (t/hr) 50% A 30% B 10 %C 10 % D
C = XX (t/hr) 70% A 5% B 15% C
B = XX (t/hr) 70% C 30% D =
0 = ()
=1
()
=1
=
2
1
-
41
-
42
-
Balance de energa considerando cambios de fases.
Balance de energa con reaccin qumica.
43
