Quimica - Formas De Energia

BALANÇOS DE ENERGIA Assim como a matéria, a energia também é conservativa, ou seja, o balanço energético deve ser satisfeito em quantidade antes e depois de uma transformação. Se alguma espécie de energia “desaparece” então outra deve surgir em quantidade equivalente para fechar o balanço. Conceitos fundamentais (procurar na literatura citada) Sistema, propriedade, (intensiva, extensiva), estado. Formas de energia Trabalho (W) - Energia mecânica dispendida ou retirado do sistema. Calor (q) – Energia térmica dispendida ou retirada do sistema Energia cinética (Ec) – Está relacionada com a velocidade do fluxo Energia potencial (Ep) – Inclui as variações de alturas que o material sofre Energia interna, (U) – Energia química total quando medida a volume constante. Entalpia (H) – Energia química total quando medida a pressão constante

A energia não pode ser medida em termos absolutos por falta de referência, somente se podem medir as trocas. Balanço energético

Acumulado = ÓE(entra) + ÓE(sai) + G – C Onde: E = energia, medida em unidades de energia (J, kWh, Kcal, BTU) G = Geração interna de energia; C = Consumo interno de energia Existem dois casos: com reação química e sem reação química combinados em duas situações distintas: Em sistemas fechados e sistemas abertos. O caso mais simples ocorre sem reações químicas em sistemas fechados. Nestes casos não ocorrem trocas de matéria, apenas de energia. Aplica-se diretamente o primeiro princípio da termodinâmica, que estabelece que a variação do conteúdo total de energia de um sistema é dada em função da entrada e saída de calor e trabalho.

Balanço energético em sistemas fechados sem reação química Como o sistema é fechado, apenas energia pode transitar para dentro ou fora do sistema. As duas formas de energia em transito são o calor e o trabalho, ou seja:

ÄE = E2 – E1 = ÄU + ÄP + ÄK = q + W

Balanço energético em sistemas abertos sem reação química

Ó

ÄE = E2–E1=

(ÄU+ÄP+ÄK)me-

entrada

Ó

(ÄU+ÄP+ÄK)ms+q+W

saida

A variação de energia deve incluir o total das energias cinética, potencial e interna que entram no sistema e aquelas que deixam o sistema. Estes valores são assumidos em termos unitários por unidade de massa. Da mesma forma, o calor e o trabalho também entram no balanço como calores e trabalhos unitários em termos de massa. Se o balanço incluir um processamento em termos unitários em relação ao tempo, então as energias devem entrar no balanço como potências, pois potência_x_tempo = energia. Em termos diferenciais fica

    u 2f u 2f g0 g dE   q  W    hent    Z ent m ent    hsai   0  Z sai m sai     dt 2 g0 g 2 g0 g ent  sai   

esta equação apresenta um balanço entre o calor fornecido ao sistema reacional, q [ J / s ], o trabalho desenvolvido pelo sistema, W [ J / s ], o total de energia que entra com o fluido, fornecida pelo somatório da 3a parcela e o total de energia que deixa o sistema, fornecida pela 4a e última parcela, e que resulta na variação de energia do sistema em função do tempo, o qual para condições de regime permanente (estacionário), deve ser obrigatoriamente nulo. O trabalho desenvolvido pelo sistema reacional, a energia cinética e a energia potencial mecânicas também podem ser desprezados, de forma que a equação acima assume a formaÄU + W = ÄH q   h f .m f   h f .m f  H sai

ent

Anotações de aula: Balanços térmicos geralmente fazem uso de tabelas de entalpias e energia interna dos materiais envolvidos no balanço. Propriedades intensivas são aquelas que tendem para um valor de equilíbrio quando dois ou mais materiais são colocados em contato. Propriedades extensivas são aquelas que se somam quando dois ou mais materiais são postos em contato.