PREVIO #10 “COEFICIENTE DE JOULETHOMPSON” Nombre: Batta González Eduardo Daniel Grupo de teoría: 05 Grupo de Laboratorio: 33 Profesora: Zaragoza Zúñiga Diana ING Fecha de entrega: 30 de Octubre del 2015 Semestre 2016-1 30 DE OCTUBRE DEL 2015 UNAM FACULTAD DE INGENIERÍA 1. ¿Qué es un proceso de estrangulamiento? Cuando un fluido se expande desde una región de alta presión hasta otra de baja presión generalmente se hace trabajo, o se producen cambios en la energía potencial y cinética. Cuando no ocurren tales efectos se dice entonces que el proceso es de estrangulamiento. Por lo general se realiza mediante válvulas que estrangulan el fluido, pues este al adquirir una velocidad alta se disipa en turbulencia, o pueden reducirse a cero mediante la correcta selección del tubo. El proceso de estrangulamiento obedece a la ecuación denominada expansión de Joule - Thomson (h1 = h2). 2. ¿Qué es la calidad de un vapor y que valores puede tener? La calidad o título del vapor (𝑥𝑣 ) es la fracción molar del vapor en el estado de mezcla que se obtiene a la salida de la turbina. La llamada ley de la palanca de Maxwell determina su valor. En la línea de coexistencia se tiene que: (𝑥𝑣 ) = 𝑋 − 𝑋𝐿 𝑋𝑣 − 𝑋𝐿 Donde X quiere decir cualquier propiedad extensiva -salvo la entalpía libre- (𝑥𝑣 ) es el título de vapor. Los subíndices se refieren a las propiedades del vapor y del líquido, y el valor de X sin subíndice se refiere al punto cuyo título de vapor deseamos conocer. Si aplicamos esta fórmula a la entalpía obtenemos resultados puesto que no conocemos la entalpía de 𝑏; sin embargo si la usamos con la entropía sí tenemos la respuesta puesto que la entropía de (𝑏) es la entropía de (𝑎) Así pues: (𝑥𝑣 ) = 𝑆𝑎 − 𝑆𝑐 𝑆𝑏 − 𝑆𝑐 3. ¿Qué es una caldera? La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia de estado. Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato de presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor. La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Además, es recipiente de presión, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas. 4. ¿Cómo se expresa la entalpia de una mezcla líquido-vapor en equilibrio, en términos de las entalpias del líquido y del vapor, para el caso de un fluido? (𝒖𝟐 − 𝒖𝟏 ) + (𝑷𝟐 𝒗𝟐 − 𝑷𝟏 𝒗𝟏 ) = 𝟎 𝒉 = 𝒖 + 𝑷𝒗 (𝒖𝟐 − 𝒖𝟏 ) + (𝑷𝟐 𝒗𝟐 − 𝑷𝟏 𝒗𝟏 ) = 𝟎 𝒉𝟐 − 𝒉𝟏 = 𝟎 5. ¿Qué dispositivos se utilizan para realizar una estrangulación? Los dispositivos de estrangulamiento son elementos que restringen el flujo, lo cual causa una caída de presión importante en el fluido. Algunos dispositivos comunes son válvulas, tubos capilares, reducciones bruscas y tapones porosos (corcho). Estos dispositivos producen una caída de presión sin implicar trabajo: La caída de presión en el fluido suele ir acompañada de una reducción en la temperatura, por esa razón los dispositivos de estrangulamiento son de uso común en aplicaciones de refrigeración y acondicionamiento de aire. La magnitud de la caída de temperatura (o, a veces el aumento de temperatura) durante un proceso de estrangulamiento se rige por el Coeficiente de Joule Thomson. 6. Dibuje un esquema aproximado de la curva de inversión y diga por qué se le llama así. Se le denomina de tal manera porque algunas líneas de entalpia constante pasan por un punto de pendiente cero o coeficiente de Joule-Thomson cero. 7. Mencione algunos tipos de válvulas. Válvulas industriales. o o Válvula de asiento. Válvula de camisa. o o Válvula hidráulica, caso particular de válvulas industriales. Llave o válvula de paso, caso de válvulas en instalaciones de edificios residenciales (tanto para agua, como para gases combustibles). o Válvula de seguridad, para casos de exceso de presión, por avería o por expansión térmica. o Válvula antirretorno o válvula de retención, usada para evitar que un fluido se mueva en sentido no deseado a lo largo de una tubería. o Válvula rotatoria, usada en los instrumentos de viento-metal. Válvulas del corazón. Por analogía se denominan también válvulas los dispositivos que regulan el paso de electrones en determinadas circunstancias: Válvulas termoiónicas. 8. Investiga el cambio de fase del agua a presiones diferentes (760, 540 y 400 mm de Hg). Presión 101.325 [KPa] 71.994 [KPa] 53.329 [KPa] Temperatura 100 [°C] 90 [°C] 80 [°C] 9. Utilizando tablas de vapor de agua, calcula la entalpia de un sistema líquido-vapor, si la fracción másica del vapor es igual a 0.4 y el sistema se encuentra a una presión de 26 psig. Exprese el resultado en el S. I. y en el sistema inglés. 10. ¿Cómo se interpretan los siguientes valores para el coeficiente de Joule-Thomson (μ JT)? μ= (dT/dP) en constante entalpía El valor de μ depende del gas, así como la temperatura y la presión del gas antes de la expansión. Para todos los gases reales, μ será igual a cero en algún momento el llamado “punto de inversión”. Si la temperatura del gas está por debajo de su punto de inversión de temperatura, μ es positivo y si la temperatura del gas está por encima del punto de inversión, la μ es negativa. Además, dP es siempre negativa, cuando un gas se expande. Así: Si la temperatura del gas es la temperatura por debajo de su inversión: - M es positivo y es siempre negativo dP. Por lo tanto, el gas se enfría desde dT debe ser negativo. Si la temperatura del gas es la temperatura por encima de su inversión: - M es negativa y es siempre negativo dP. Por lo tanto, el gas se calienta desde dT debe ser positivo. Bibliografía Termodinámica, Yunus A. Cengel, 5° Edición, Editorial McGraw-Hill http://www.fisica.unam.mx/personales/fj/Termodinamica_HCallen.pdf http://www.fisica.unam.mx/perso Tipler, Paul A., Física Para la Ciencia y Tecnología., Cuarta Edición., 2001, España., Editorial Reverté. Kennet, Wark., Termodinámica., Sexta Edición., 2001, España, Mc Graw Hill.
