Informe Joule Thomson

5/25/2018 Informe Joule Thomson

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Universidad Nacional De Truj i l lo

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA

DEMOSTRACIN DEL COEFICIENTE DE JOULE -

THOMSON

CURSO :REFRIGERACIN Y AIRE ACONDICIONADO

DOCENTE :Ing. GUAYN HUACCHA, El

ALUMNO :

- ALTAMIRANO ESPINOZA, Mario Alejandro

TRUJILLOPER

2014


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NDICE

Pgina

1.- FUNDAMENTACIN TERICA.. 03

2.- EXPLICACIN Y DESARROLLO 05

3.- CONCLUSIONES... 09

4.- BIBLIOGRAFA 09

5.- LINCOGRAFA 09


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1.- FUNDAMENTACIN TERICA

Recordando las relaciones de MAXWELL ya demostradas:

(

)

(

)

() ()

() ()

() ()

PROCESO DE ESTRANGULAMIENTO

Si dejamos fluir un gas desde una presin muy elevada a otra presin inferior, a travs deun tubo que contiene un estrangulamiento u obstculo que puede ser un tapn poroso,una vlvula apenas abierta, un orificio muy pequeo, etc. Debido al estrangulamiento, laexpansin es muy lenta de tal forma que las presiones a cada lado del obstculo semantienen prcticamente constantes.

Se impide el intercambio de calor entre el gas y el medio exterior mediante un aislamientotrmico, de modo tal que el proceso se realice en condiciones adiabticas.

Supongamos, como observamos en la figura, que el gas fluye por un tubo horizontal,aislado adiabticamente, que contiene un obstculo. A un lado del obstculo se mantienela presin mayor P1, constante mediante una bomba, y al otro una presin menor P2. Estapresin P2 en muchos casos puede ser la presin del medio exterior, por ejemplo lapresin atmosfrica.

Las temperaturas a las presiones P1y P2son respectivamente T1y T2.

(p)

(q)

(r)

(s)


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Aplicando la ecuacin del Primer Principio para sistemas abiertos, que ya sabemos

Debido a que el gas fluye lentamente

y

son prcticamente nulos, y

y

.

Como el tubo es horizontal . Adems por estar el estado aislado adiabticamente . Por ltimo como no hay trabajo de circulacin, .En consecuencia resulta:

Y como sabemos por definicin de entalpa, entonces obtenemos:

Este resultado nos indica que el valor de la entalpa es el mismo antes y despus delestrangulamiento. Sin embargo como el proceso es irreversible y por consiguiente no seconocen los estados intermedios, no se puede decir que la transformacin se realice aentalpa constante. Es entonces conveniente aclarar que el proceso de Joule Thomsonno es una transformacin isoentlpica, entendindose por transformacin isoentlpica ellugar geomtrico de todos los puntos que representan estados de equilibrio de la misma

entalpa. No obstante como la entalpa es una funcin de estado, en un proceso deestrangulamiento entre dos estados, se cumple que y si la transformacin eselemental, .Uno de los efectos importantes del proceso de estrangulamiento es la variacin de

temperatura que acompaa a la cada de presin. Es un hecho experimental el que elestrangulamiento de un fluido lleva a una temperatura final que puede ser mayor o menorque la inicial, dependiendo de los valores de P1, T1y P2. La medida matemtica de esteefecto viene dada por el coefi ciente de JOULE-THOMSON, que se define como:

()


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2.- EXPLICACIN Y DESARROLLO

De la ecuacin:

La entalpa es un potencial termodinmico. Al igual que sy u,son funciones de estado ysu conocimiento proporciona toda la informacin termodinmica del sistema. Segn sedesprende de la ecuacin anterior las variables de hson sy P; es decir h=f(s,P)y de estaltima expresin se desprende que:

() ()

Y por tanto:

(

)

(

)

De la igualdad de las segundas derivadas se sigue inmediatamente que:

() ()

Que es una de las llamadas relaciones de Maxwell. A partir de la ecuacin obtendremosla otra relacin de Maxwell que necesitaremos en nuestro desarrollo. De acuerdo con lasrelaciones matemticas.

()

()

()

()

Que constituye otra de las relaciones de MAXWELL.

Como ya sabemos el proceso de JOULE-THOMSON se suele caracterizar por el

parmetro .Que puede determinarse experimentalmente a partir de las medidas de variacin detemperatura frente a las variaciones de presin (supuesto que stas son pequeas frentea la presin de los contenedores):


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El parmetro , que como hemos dicho se puede determinar experimentalmente, estrelacionado con parmetros propios del gas.

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()

Dnde:

()

Es el coeficiente de expansin trmica. La frmula anterior proporciona la base para elclculo del cambio de temperatura en el proceso de estrangulamiento en funcin de losparmetros propios del gas. En un gas ideal la expansin trmica es igual a la inversa dela temperatura con lo que vale siempre cero. En gases reales, a cada temperaturapueden existir valores de la presin para los que es positivo y el gas se enfra en laexpansin y otros para los que es negativo producindose un calentamiento. El punto enel que cambia la tendencia se denomina punto de inversin y est determinado por larelacin .


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OBTENCIN EXPERIMENTAL

El coeficiente de JOULE THOMSON, puede determinarse fcilmente en diversosestados mediante la representacin grfica de los datos experimentales en forma de unafamilia de curvas de entalpa constante en un diagrama TP. Para un mejor entendimientoy mejor explicacin veamos la siguiente figura:

Para obtener la representacin grfica, se fijan los valores de P1 y T1 aguas arriba de larestriccin, y se vara experimentalmente la presin P2 aguas abajo. Para cada valor deP2 se mide la temperatura T2 aguas abajo. Tras pasar por el estrangulamiento, el estadode cada medida realizada aguas abajo tiene la misma entalpa que la del estado inicialaguas arriba. Despus de un nmero suficiente de medidas realizadas aguas abajo paraun estado dado aguas arriba se puede dibujar una lnea de entalpa constante en undiagrama TP. Despus se modifica o bien la presin inicial o bien la temperatura, y serepite el procedimiento de medida para el nuevo valor de la entalpa. De esta forma sepuede obtener una familia completa de curvas de entalpa constante en un diagrama TP.Un resultado caracterstico se muestra en la siguiente figura. La pendiente de una curvade entalpa constante en un estado dado es una medida del coeficiente de JOULE

THOMSON en ese estado, esto es, una medida de .

La figura muestra que varias lneas de entalpa constante tienen un estado detemperatura mxima. La lnea mostrada en la figura que pasa por esos estados demxima temperatura se llama curv a de inversin, y el valor de la temperatura de eseestado es la temperatura de inv ersin. Una lnea de presin constante cortar a la curva


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de inversin en dos estados diferentes; por tanto, para una presin dada, se habla detemperaturas de inversin superior e inferior.

Esta curva tiene un significado especial. En la parte de la derecha de la curva de inversinen un diagrama TP, el coeficiente de JOULE THOMSON es negativo. Esto es, en estaregin particular la temperatura aumentar al disminuir la presin en el dispositivo deestrangulamiento. Tiene lugar un efecto de calentamiento. Sin embargo, en la parteizquierda de la curva de inversin el coeficiente de JOULE THOMSON es positivo, loque significa que en esta regin con las expansiones se originar un enfriamiento. Portanto, en el estrangulamiento de un fluido, la temperatura final despus de la restriccinde la corriente puede ser mayor, igual o menor que la temperatura inicial, dependiendo,para un conjunto de condiciones iniciales, de la presin final.


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3.- CONCLUSIONES

De la matemtica aplicada y aprendida en las relaciones de MAXWELL, se facilitel entendimiento de las operaciones realizadas en este trabajo.

Las expresiones de MAXWELL nos sirvieron de mucha ayuda para poderdemostrar el coeficiente de JOULETHOMSON.

Logramos demostrar y explicar cmo hallar experimentalmente el coeficiente deJOULE - THOMSON.

El efecto JOULE THOMSON, tiene distintas aplicaciones como por ejemplo:produccin de gases licuados a muy baja temperatura, aire acondicionado,sistemas de refrigeracin entre otras aplicaciones ms.

4.- BIBLIOGRAFA

KENNETH WARK DONALD E. (2001). Termodinmica. 6 Edicin. Madrid Espaa. Concepcin Fernndez Madrid. Cap. 12.

YUNUS A. CENGEL MICHAEL A. BOLES. (2009). Termodinmica. 6 Edicin.Mxico D.F. Programas educativos S.A. Cap. 12.

5.- LINCOGRAFA

http://www.slideshare.net/dicoello/coeficiente-de-joule-y-thomson

file:///C:/Users/Saimon/Downloads/P4.pdf

file:///C:/Users/Saimon/Downloads/experimentaci%C3%B3n.pdf

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