Entalpía

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Entalpía (del prefijo en y del griego thalpein calentar), fue escrita en 1850 por el físico

alemán Clausius. La entalpía es una magnitud de termodinámica simbolizada con la letra H,

la variación de entalpía expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida

por un sistema termodinámico, o, lo que es lo mismo, la cantidad de energía que tal sistema

puede intercambiar con su entorno.

Usualmente la entalpía se mide, dentro del Sistema Internacional de Unidades, en julios.

En palabras más concretas, es una función de estado de la termodinámica donde la

variación permite expresar la cantidad de calor puesto en juego durante una transformación

isobárica (es decir, a presión constante) en un sistema termodinámico (teniendo en cuenta

que todo objeto conocido puede ser entendido como un sistema termodinámico),

transformación en el curso de la cual se puede recibir o aportar energía (por ejemplo la

utilizada para un trabajo mecánico). Es en tal sentido que la entalpía es numéricamente

igual al calor intercambiado con el ambiente exterior al sistema en cuestión.

Contenido

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1 Casos

o 1.1 Entalpía termodinámica

o 1.2 Entalpía química

2 Entalpía estándar o normal

3 Otros usos

4 Véase también

Casos [editar]

El caso más típico de entalpía es la llamada entalpía termodinámica. De ésta, cabe

distinguir la función de Gibbs, que se corresponde con la entalpía libre, mientras que la

entalpía molar es aquella que representa un mol de la sustancia constituyente del sistema.

Entalpía termodinámica [editar]

La entalpía (simbolizada generalmente como "H", también llamada contenido de calor, y

calculada en julios en el sistema internacional de unidades o también en kcal o, si no,

dentro del sistema anglo: "BTU"), es una variable de estado, (lo que quiere decir que, sólo

depende de los estados inicial y final) que se define como la suma de la energía interna de

un sistema termodinámico y el producto de su volumen y su presión.

La entalpía total de un sistema no puede ser medida directamente, al igual que la energía

interna, en cambio, la variación de entalpía de un sistema sí puede ser medida

experimentalmente. El cambio de la entalpía del sistema causado por un proceso llevado a

cabo a presión constante, es igual al calor absorbido por el sistema durante dicho proceso.

La entalpía se define mediante la siguiente fórmula:

Donde:

H es la entalpía (en julios).

U es la energía interna (en julios).

p es la presión del sistema (en pascales).

V es el volumen del sistema (en metros cúbicos).

Ejemplo:

Debemos considerar que los procesos de transferencia térmica en un sistema, deben estar

contenidos en un ambiente, como por ejemplo: el circuito cerrado de un fluido dentro de las

cañerías de un sistema de refrigeración como los de los frigoríficos y el ambiente donde se

acondiciona la temperatura que debe estar aislado del medio exterior.

Dentro del sistema el fluido pasa por diferentes estados físicos tomando como referencia la

salida de alta presión del compresor tenemos;

A.- A un fluido refrigerante el compresor le adiciona energía comprimiéndolo a alta presión

en estado gaseoso, las variables son: estado del fluido = Gaseoso, Presión del fluido = Alta,

Volumen del fluido = grande, Densidad del fluido = baja, Temperatura = Alta.

B.- En un medio que permite la transferencia térmica llamado condensador, el fluido realiza

un trabajo cediendo energía calórica al medio ambiente, es decir se enfría y cambia de

estado gaseoso al estado líquido, las variables son: estado del fluido = gaseoso a la entrada

del intercambiador de calor y líquido a la salida del intercambiador de calor; presión del

fluido = muy alta; volumen del fluido líquido = mínimo, densidad del fluido = grande o

máximo. El fluido líquido se junta en un depósito.

C.- Con un medio de control adecuado llamado válvula de expansión termostática se regula

el caudal del fluido líquido.

D.- Nuevamente el fluido en estado líquido se inyecta en un medio que permite la

transferencia térmica llamado evaporador, realizando ahora un trabajo inverso es decir el

líquido proveniente del depósito y a presión alta es regulado por la válvula de expansión

por diferencia de presiones, disminuyendo bruscamente de presión lo que origina que se

expanda, esto precipita su evaporación para lo que requiere extraer calor del entorno (por lo

que decimos que se está enfriando ya que se siente helado al tacto, pues nos "roba

calor",calor que utiliza para cambiar de estado líquido a gaseoso) (ver adiabática), los

productos que están en el compartimiento del evaporador realizan un trabajo cediendo ese

calor, este calor calienta el evaporador y el fluido refrigerante por ende absorbe calor

expandiéndose (y evaporándose) más, las variables son: estado del fluido = líquido a la

entrada del intercambiador de calor o evaporador y gaseoso a la salida del intercambiador

de calor. Presión del fluido = mínima o muy baja. Volumen del fluido gasificado =

Máximo. Densidad del fluido = Mínimo. Temperatura del fluido refrigerador muy baja.

Después de esta etapa se vuelve otra vez al ciclo iniciado en el punto A repitiendo (en

teoría) infinitamente el ciclo completo (ver retroalimentación).

Debemos observar que en este sistema hay 4 importantes elementos que combinados

adecuadamente hacen posible la refrigeración mecánica,hoy indispensable en la vida del

hombre moderno.

1.- El primer elemento es el compresor que suministra potencia o adiciona energía

mecánica externa al sistema al comprimir el fluido gaseoso interno, de tal manera que la

presión (y como consecuencia la temperatura) del mismo aumentan.

2.- El segundo elemento es el medio difusor de energía calorífica, llamado intercambiador

de calor que permite liberar el calor del fluido desde este al entorno próximo (medio

ambiente que lo rodea, flujo de agua, etc)a través de las paredes de los tubos y aletas del

condensador . De esta forma el fluido refrigerante a alta presión en el interior del

condensador por efecto del enfriamiento del mismo cambia de estado gaseoso a fase líquido

sin disminuir (idealmente) su presión. El refrigerante ahora más frío, líquido y a alta

presión (10 kg/cm² - 15 kg/cm²) es incompresible por lo tanto se debe recolectar en un tubo

o depósito, como ejemplo; los tubos de gas butano licuado (gas que se usa en las cocinas

domésticas).

3.- El fluido guardado en el depósito en estado líquido es transferido al tercer elemento del

sistema llamado la válvula de expansión (válvula de temperatura estable) que regulará el

caudal o flujo másico del líquido refrigerante entregándolo al cuarto elemento del sistema,

un nuevo intercambiador de calor que ahora funcionará inversamente,por lo que su nombre

varía al de evaporador (ya que el refrigerante se evapora en su interior), es decir captará el

calor del aire del medio ambiente o entorno que lo rodea a través de sus paredes hacia el

refrigerante.Es por esto que al ir recorriendo el interior de los tubos del evaporador el fluido

se va calentando, con lo que las moléculas del refrigerante en estado líquido al incrementar

su energía interna aumentan su frecuencia vibratoria (La cantidad de calor de un cuerpo a

nivel molecular se manifiesta como mayor o menor vibración, en donde la inamovilidad

atómica y molecular representa ausencia total de calor, 0 kelvin o cero absoluto) llegando a

un punto que es tan grande la velocidad de estas que se escapan cambiando de estado de

líquido a gaseoso (para más detalles sobre este punto véase adiabática).

Este ciclo en teoría se repite infinitamente, como se podrá observar el funcionamiento de

este ingenio llamado máquina de refrigeración se puede extractar en dos pasos;

A.- Etapa de alta presión que estará compuesta por el compresor, condensador y depósito

acumulador.

B.- Etapa de baja presión compuesta por la válvula termostática y el evaporador.

El modo de funcionamiento sería de la siguiente forma;

En un ambiente acondicionado por su hermeticidad las cosas guardadas en esta cámara

(freezer, congelador, cámara frigorífica, etc) ceden energía (bajando su temperatura) a

través de un intercambiador de calor llamado evaporador, hacia el fluido refrigerante,

propiciando su cambio de estado de líquido a gas (líquido hirviendo), el que a su vez de

acuerdo a la disposición del circuito cede energía (bajando la temperatura del fluido) al

medio ambiente exterior (el aire que nos rodea) a través de otro intercambiador de calor

llamado condensador.

El anterior es solo un ejemplo para poder comprender el concepto de entalpía, tal ejemplo

se observa comúnmente en los refrigeradores o en los aparatos de aire acondicionado;

existen múltiples formas de aplicación práctica al uso cotidiano de la entalpía como por

ejemplo el concepto de absorción.

Sin importar si la presión externa es constante, la variación infinitesimal de la entalpía

obedece a:

dH = T dS + V dP

dP = 0 y por lo tanto dH = TdS

(S es la entropía) siempre y cuando el único trabajo realizado sea a través de un cambio de

volumen. La entalpía es la cantidad de calor, a presión constante, que transfiere una

sustancia.

Puesto que la expresión T dS siempre representa una transferencia de calor, tiene sentido

tratar la entalpía como una medida del calor total del sistema, siempre y cuando la presión

se mantenga constante; esto explica el término contenido de calor.

Entalpía química [editar]

Para una reacción exotérmica a presión constante, la variación de entalpía del sistema es

igual a la energía liberada en la reacción, incluyendo la energía conservada por el sistema y

la que se pierde a través de la expansión contra el entorno.(Es decir que cuando la reacción

es exotérmica la entalpía del sistema es negativa). Análogamente, para una reacción

endotérmica, la variación de entalpía del sistema es igual a la energía absorbida durante la

reacción, incluyendo la energía perdida por el sistema y la ganada a través de la expansión

contra el entorno.(En las reacciones endotérmicas el cambio de entalpía es positivo para el

sistema, porque gana calor)

La entalpía total de un sistema no puede ser medida directamente; la variación de entalpía

de un sistema sí puede ser medida en cambio.

La variación de entalpía se define mediante la siguiente ecuación:

ΔH es la variación de entalpía.

Hfinal es la entalpía final del sistema. En una reacción química, Hfinal es la entalpía de

los productos.

Hinicial es la entalpía inicial del sistema. En una reacción química, Hinicial es la

entalpía de los reactivos.

La mayor utilidad de la entalpía se obtiene para analizar reacciones que incrementan el

volumen del sistema cuando la presión se mantiene constante por contacto con el entorno,

provocando que se realice un trabajo mecánico sobre el entorno y una pérdida de energía. E

inversamente en reacciones que causan una reducción en el volumen debido a que el

entorno realiza un trabajo sobre el sistema y se produce un incremento en la energía interna

del sistema.

En este caso, la variación de entalpía se puede expresar del siguiente modo:

DH = DU + P DV

Donde D puede indicar una variación infinitesimal (a menudo denotada como "d") o una

diferencia finita (a menudo denotada como "Δ").

Entalpía estándar o normal [editar]

La variación de la entalpía estándar (denotada como H0 o HO) es la variación de entalpía

que ocurre en un sistema cuando una unidad equivalente de materia se transforma mediante

una reacción química bajo condiciones normales. Sus unidades son los kJ/mol en el sistema

internacional.

Una variación de la entalpía estándar de una reacción común es la variación de la

entalpía estándar de formación, que ha sido determinada para una gran cantidad de

sustancias. La variación de entalpía de cualquier reacción bajo cualesquiera condiciones se

puede computar, obteniéndose la variación de entalpía de formación de todos los reactivos

y productos. Otras reacciones con variaciones de entalpía estándar son la combustión

(variación de la entalpía estándar de combustión) y la neutralización (variación de la

entalpía estándar de neutralización).

Otros usos [editar]

En magnetohidrodinámica se tratan de aprovechar las diferencias de entalpía para generar,

con utilidad práctica, electricidad.

Véase también [editar]

Entalpía libre

Entalpía molar

Calor másico

Diagrama de entalpía

Entalpía y evaporación

Entropía

Ley de Joule

monobara

Exergía

Función de estado, variable de estado, ecuación de estado

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa"

Cogeneración La Cogeneración es un sistema para mejorar el balance energético y

económico de una empresa debido a su alto rendimiento energético, y a la posibilidad de aprovechar los excedentes de energía eléctrica generados.

Las plantas de Cogeneración son instalaciones de generación eléctrica mediante motores alternativos, turbina de gas o turbinas de vapor, con

recuperación térmica para su aplicación a distintos procesos industriales (secado directo, producción de vapor o agua caliente,…).

¿ Qué es la cogeneración?

La cogeneración no es una tecnología sino un concepto de producción eficiente de energía.

La eficiencia de la cogeneración se basa en el aprovechamiento del calor residual de un proceso de producción de electricidad. Este calor residual se

aprovecha para producir energía térmica útil (vapor, agua caliente, aceite térmico, agua fría para refrigeración, etc). Por este motivo los sistemas de

cogeneración están ligados a un centro consumidor de esta energía

térmica.

La cogeneración de alta eficiencia, al producir conjuntamente calor y electricidad en el centro de consumo térmico, aporta los siguientes

beneficios: 1. Disminución de los consumos de energía primaria

2. Disminución de las importaciones de combustible ( ahorros en la balanza de pagos del país)

3. reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. (Herramienta para el cumplimiento del Protocolo de Kyoto)

4. Disminución de pérdidas en el sistema eléctrico e inversiones en transporte y distribución.

5. Aumento de la garantía de potencia y calidad del servicio eléctrico. 6. Aumento de la competitividad industrial y de la competencia en el

sistema eléctrico. 7. Promoción de pequeñas y medianas empresas de construcción y

operación de plantas de cogeneración. 8. Motivación por la investigación y desarrollo de sistemas energéticos

eficientes. Existe un gran potencial para instalaciones de cogeneración de alta eficiencia que debe utilizarse

Tipos de Sistemas de Cogeneración:

-Cogeneracion con turbina de gas (procesos):

1 -Fuel es quemado en un cuarto de combustion. Para luego este Gas ser introducido en una Turbina.

2 -Turbina: donde la energía del gas es convertida en energía Mecánica. 3 -La energía residual producida puede ser aprovechada, total o

parcialmente, para la demanda de calor en el proceso. Aplicaciones: energía Mecánica, producir electricidad con un alternador,

Bombas, compresores ,etc.. Gases gastados: actúan como líquidos intermedios, producir Vapor

mediante caldera de recuperación.

-Cogeneracion con turbina de vapor:

la energía Mecánica es producida por la expansión de vapor de alta presión

en un quemador convencional. • Genera menos energía eléctrica por unidad de fuel, que en el método

anterior, pero la eficiencia total es superior: 85-90%. • Hay dos clases de turbinas, los dos tipos permiten la extracción de vapor

intermedio, haciendo posible obtener vapor en varias condiciones. Es posible usar: Gas ,Fuel, Petróleo, Carbón, residuos, etc...

Ciclo Bottoming: producción de vapor, mediante turbina convencional, gracias a la gran cantidad de calor generado en algún proceso industrial.

-Cogeneracion en ciclo combinado:

• Consiste en la unión de los sistemas de Gas turbina y turbina de baja

presión de vapor para la producción de energía eléctrica. • Los gases gastados en la formación, son usados para producir vapor a gran presión en un quemador.

• Este vapor alimenta la turbina de vapor, produciendo vapor a baja presión para uso directo en el proceso.

La principal ventaja de este sistema es la gran eficacia de producción de energía eléctrica, es posible la creación de energía eléctrica de 3,5 MW

-Cogeneracion con motor alterno: gran rendimiento eléctrico, pero dificultad para usar el calor que produce.

Aplicaciones del calor producido:

-Producción de 15-bar de vapor por el calor de los gases. -Producción de agua caliente

-Recuperación directa de los gases. Generación de aire caliente:

• Permite responder casi instantáneamente a las fluctuaciones en la

demanda de energía eléctrica sin grandes aumentos en el consumo del motor. Esto permite trabajar continuamente.

• Existe otra posibilidad de recuperar calor: Consiste en la producción de frío industrial o de aire acondicionado usando

motores de absorción, que funcionan con vapor o agua caliente.

• Aprovechamiento: Un 36% de la potencia total se aprovecha para generar

electricidad y el restante 55% se transforma en calor aprovechando en la evaporación del agua contenida ne los alpechines (residuo líquido de color

oscuro con mucha materia en suspensión). Falta un 9% debido alas pérdidas de radiación.

• Ejemplo del funcionamiento de un sistema de cogeneracín en un invernadero.

Ventajas e inconvenientes de su utilización:

Es una energía muy innovadora, y tiene muchas mas ventajas que invonvenientes

Ventajas:

• Elevado rendimiento energético global (70%-90%) • Reporta beneficios económicos por reducción de factura energética.

• Aporta ingresos adicionales por venta de excedentes eléctricos. • Incrementa la competitividad. Menor coste específico por unidad.

• Independencia total o parcial del suministro eléctrico exterior. • Garantía de suministro y fiabilidad.

• Posibilidad de combustibles residuales o energías alternativas. • Beneficios financieros y fiscales.

• Aporta beneficios económicos a nivel micro y macroeconómico. • Ahorra energía primaria.

• Diversifica inversiones para el sector eléctrico. • Mayor seguridad abastecimiento.

• Disminuye las pérdidas en transporte y distribución eléctrica. • Permite la industrialización de zonas alejadas de la red eléctrica. • Incrementa la diversificación del consumo energético nacional.

• Reduce el impacto ambiental de forma substancial. • Actúa como impulsor de riqueza vía ejecución de inversiones.

• Es fuente de creación de empleo.

Inconvenientes:

1. Utiliza combustible contaminantes como el fuel-oil , o el gas, y esto lo hace una energia no limpia, y agotable, ya que estos combustibles se

pueen agotar. 2. Contaminación acústica 3. Dificultad en aprovechar el calor que se produce en el sistema de motor

alterno. 4. El estudio de la biabilidad de un sistema de cogeneración industrial, tiene

como objetivo final, la toma de la decisión de invertir una cierta cantidad de dinero en un sistema de este tipo.

Impacto medioambiental

La energía cogeneracionl es pejudicial para el medio ambiente, no en si por los desechos que provoca, sino porque los combustibles con los que se

alimentan los motores son muy contaminantes ,y emiten una gran cantidad de gases perjudiciales a la atmósfera ( aunque se puede reducir la

contaminación a través de filtros, aun así se despiden muchos gases a la atmosfera ).

Sin embargo, tiene como ventaja para el medio ambiente, que todos los

excedentes de energía que se desaprovechan en las fábricas puedan ser utilizados disminuyendo por tanto el consumo de dicha energía y con ello

todos los inconvenientes que acarrea al medio ambiente el extraerla.

Proceso de generación y transporte de electricidad

1. Introducción

2. Red de energía eléctrica

3. Fallos del sistema

4. Regulación del voltaje

5. Pérdida durante el transporte

6. Electricidad

7. Conclusión

INTRODUCCIÓN

Generación y transporte de electricidad es el conjunto de instalaciones que se

utilizan para transformar otros tipos de energía en electricidad y transportarla

hasta los lugares donde se consume. La generación y transporte de energía en

forma de electricidad tiene importantes ventajas económicas debido al costo por

unidad generada. Las instalaciones eléctricas también permiten utilizar la energía

hidroeléctrica a mucha distancia del lugar donde se genera. Estas instalaciones

suelen utilizar corriente alterna, ya que es fácil reducir o elevar el voltaje con

transformadores. De esta manera, cada parte del sistema puede funcionar con el

voltaje apropiado. Las instalaciones eléctricas tienen seis elementos principales:

La central eléctrica

Los transformadores, que elevan el voltaje de la energía eléctrica generada a las

altas tensiones utilizadas en las líneas de transporte

Las líneas de transporte

Las subestaciones donde la señal baja su voltaje para adecuarse a las líneas de

distribución

Las líneas de distribución

Los transformadores que bajan el voltaje al valor utilizado por los

consumidores.

En una instalación normal, los generadores de la central eléctrica suministran

voltajes de 26.000 voltios; voltajes superiores no son adecuados por las dificultades

que presenta su aislamiento y por el riesgo de cortocircuitos y sus consecuencias.

Este voltaje se eleva mediante transformadores a tensiones entre 138.000 y

765.000 voltios para la línea de transporte primaria (cuanto más alta es la tensión

en la línea, menor es la corriente y menores son las pérdidas, ya que éstas son

proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente). En la subestación, el

voltaje se transforma en tensiones entre 69.000 y 138.000 voltios para que sea

posible transferir la electricidad al sistema de distribución. La tensión se baja de

nuevo con transformadores en cada punto de distribución. La industria pesada

suele trabajar a 33.000 voltios (33 kilovoltios), y los trenes eléctricos requieren de

15 a 25 kilovoltios. Para su suministro a los consumidores se baja más la tensión: la

industria suele trabajar a tensiones entre 380 y 415 voltios, y las viviendas reciben

entre 220 y 240 voltios en algunos países y entre 110 y 125 en otros.

Red de energía eléctrica

En una central hidroeléctrica, el agua que cae de una presa hace girar turbinas que

impulsan generadores eléctricos. La electricidad se transporta a una estación de

transmisión, donde un transformador convierte la corriente de baja tensión en una

corriente de alta tensión. La electricidad se transporta por cables de alta tensión a

las estaciones de distribución, donde se reduce la tensión mediante

transformadores hasta niveles adecuados para los usuarios. Las líneas primarias

pueden transmitir electricidad con tensiones de hasta 500.000 voltios o más. Las

líneas secundarias que van a las viviendas tienen tensiones de 220 o 110 voltios.

El desarrollo actual de los rectificadores de estado sólido para alta tensión hace

posible una conversión económica de alta tensión de corriente alterna a alta

tensión de corriente continua para la distribución de electricidad. Esto evita las

pérdidas inductivas y capacitivas que se producen en la transmisión de corriente

alterna.

La estación central de una instalación eléctrica consta de una máquina motriz,

como una turbina de combustión, que mueve un generador eléctrico. La mayor

parte de la energía eléctrica del mundo se genera en centrales térmicas alimentadas

con carbón, aceite, energía nuclear o gas; una pequeña parte se genera en centrales

hidroeléctricas, diesel o provistas de otros sistemas de combustión interna.

Las líneas de conducción se pueden diferenciar según su función secundaria en

líneas de transporte (altos voltajes) y líneas de distribución (bajos voltajes). Las

primeras se identifican a primera vista por el tamaño de las torres o apoyos, la

distancia entre conductores, las largas series de platillos de que constan los

aisladores y la existencia de una línea superior de cable más fino que es la línea de

tierra. Las líneas de distribución, también denominadas terciarias, son las últimas

existentes antes de llegar la electricidad al usuario, y reciben aquella denominación

por tratarse de las que distribuyen la electricidad al último eslabón de la cadena.

Las líneas de conducción de alta tensión suelen estar formadas por cables de cobre,

aluminio o acero recubierto de aluminio o cobre. Estos cables están suspendidos de

postes o pilones, altas torres de acero, mediante una sucesión de aislantes de

porcelana. Gracias a la utilización de cables de acero recubierto y altas torres, la

distancia entre éstas puede ser mayor, lo que reduce el coste del tendido de las

líneas de conducción; las más modernas, con tendido en línea recta, se construyen

con menos de cuatro torres por kilómetro. En algunas zonas, las líneas de alta

tensión se cuelgan de postes de madera; para las líneas de distribución, a menor

tensión, suelen ser postes de madera, más adecuados que las torres de acero. En las

ciudades y otras áreas donde los cables aéreos son peligrosos se utilizan cables

aislados subterráneos. Algunos cables tienen el centro hueco para que circule aceite

a baja presión. El aceite proporciona una protección temporal contra el agua, que

podría producir fugas en el cable. Se utilizan con frecuencia tubos rellenos con

muchos cables y aceite a alta presión (unas 15 atmósferas) para la transmisión de

tensiones de hasta 345 kilovoltios.

Cualquier sistema de distribución de electricidad requiere una serie de equipos

suplementarios para proteger los generadores, transformadores y las propias líneas

de conducción. Suelen incluir dispositivos diseñados para regular la tensión que se

proporciona a los usuarios y corregir el factor de potencia del sistema.

Los cortacircuitos se utilizan para proteger todos los elementos de la instalación

contra cortocircuitos y sobrecargas y para realizar las operaciones de conmutación

ordinarias. Estos cortacircuitos son grandes interruptores que se activan de modo

automático cuando ocurre un cortocircuito o cuando una circunstancia anómala

produce una subida repentina de la corriente. En el momento en el que este

dispositivo interrumpe la corriente se forma un arco eléctrico entre sus terminales.

Para evitar este arco, los grandes cortacircuitos, como los utilizados para proteger

los generadores y las se