COEFICIENTE DE JOULE-THOMSON

Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Ingeniería

División de Ciencias BásicasLaboratorio de Termodinámica

Práctica No. 11

CONCEPTOS TEÓRICOS

Las válvulas de estrangulamiento son dispositivos de diferentes tipos querestringen el flujo de un fluido, lo que provoca una caída relevante depresión.

Existen diferentes tipos de válvulas, entre las mas relevantes son: válvulasajustables, tubos capilares y tapones porosos.

CONCEPTOS TEÓRICOS

Análisis energético de una válvula de estrangulamiento

Balance de masa

�̇�𝑚1 = �̇�𝑚2𝑘𝑘𝑘𝑘𝑠𝑠

Balance de energía

�̇�𝑄𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 + �̇�𝑊𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 = �̇�𝑚 𝑔𝑔 𝑧𝑧2 − 𝑧𝑧1 +12𝑣𝑣22 − 𝑣𝑣12 + ℎ2 − ℎ1

𝐽𝐽𝑠𝑠

1 2

CONCEPTOS TEÓRICOS

�̇�𝑄𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 + �̇�𝑊𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 = �̇�𝑚 𝑔𝑔 𝑧𝑧2 − 𝑧𝑧1 +12𝑣𝑣22 − 𝑣𝑣12 + ℎ2 − ℎ1

𝐽𝐽𝑠𝑠

Consideraciones:

No existe transferencia de calor.

No existe algún tipo de trabajo.

El cambio de la energía potencial es despreciable.

El cambio de energía cinética es despreciable.

CONCEPTOS TEÓRICOS

Simplificando la ecuación queda de la siguiente manera:𝒉𝒉𝟐𝟐 = 𝒉𝒉𝟏𝟏

Por esta razón una válvula de estrangulamiento se denomina undispositivo isentálpico.

CONCEPTOS TEÓRICOS

Coeficiente de Joule-Thomson:

Este coeficiente describe el comportamiento de latemperatura de un fluido durante un proceso deestrangulamiento (h = cte)

Se define como:

𝝁𝝁𝑱𝑱𝑱𝑱 =𝝏𝝏𝑱𝑱𝝏𝝏𝝏𝝏 𝒉𝒉

CONCEPTOS TEÓRICOS

Líneas de entalpía constante de una sustanciaen un diagrama P-T (Yanus A. Cengel, 2015)

El coeficiente de Joule-Thomson relaciona el cambiode temperatura con el cambio de la presión duranteun proceso isentálpico.

Si:

𝜇𝜇𝐽𝐽𝐽𝐽 < 0; la temperatura aumenta.

𝜇𝜇𝐽𝐽𝐽𝐽 = 0; la temperatura permanece constante.

𝜇𝜇𝐽𝐽𝐽𝐽 > 0; la temperatura disminuye.

CONCEPTOS TEÓRICOS

DESARROLLO

1. Con el uso de tablas de propiedades termodinámica computarizadas (CATT3) seobtiene el valor de las entalpias antes y después del estrangulamiento. Estas tablas seencuentran disponibles en las computadoras ubicadas en las salas G001 y G002 delLaboratorio de Termodinámica.

2. Con los valores obtenidos de las tablas computarizadas.

3. Calcular la calidad del vapor se utilizará la siguiente expresión.

𝒙𝒙𝒗𝒗 =𝒉𝒉𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 − 𝒉𝒉𝒇𝒇𝒉𝒉𝒈𝒈 − 𝒉𝒉𝒇𝒇

P1man[Pa]

P1abs[Pa]

T1[°C]

P2man [Pa]

P2abs[Pa]

T2[°C]

h2[kJ/kg]

xv(calidad)

μJ-T[°C/Pa]

Cengel,Yunus A. Boles, Michael A.Termodinámica. Octava edición. México, 2015.

Rolle, Kurt C. Termodinámica. Sexta edición. México 2006. Editorial PEARSONPrentice hall.

BIBLIOGRAFÍA

Diapositiva 2:

Figura 1. Extraída de: https://www.arqhys.com/wp-content/uploads/2017/03/tipos-de-valvula.jpg

Figura 2. Extraída de: http://industrial-automatica.blogspot.com/2010/09/valvulas-de-flujo-caudal.html

Figura 3. Extraída de: https://www.amazon.es/roscada-hembra-v%C3%A1lvula-estrangulamiento-neum%C3%A1tica/dp/B01EZZG1A8

Diapositiva 3:

Figura 4. Extraída de: https://www.arqhys.com/construccion/fotos/construccion/valvula-de-compuerta-300x300.jpg

Figura 5. Extraída de: https://spanish.alibaba.com/product-detail/copper-capillary-tube-with-nut-510508202.html

Figura 6. Extraída de: https://spanish.alibaba.com/p-detail/foundry-ladle-porous-plug-2022916072.html

REFERENCIAS

Elaborado por:M. en I. Javier Alejandro Rosas Flores

Revisado por:Jefe de Academia de Termodinámica:

Ing. Martín Bárcenas EscobarJefa de Academia de Laboratorios:

Q. Antonia del Carmen Pérez LeónJefa de Departamento de Física y Química:

Q. Esther Flores CruzResponsable de Laboratorio de Termodinámica:

Ing. Alejandro Rojas TapiaProfesores:

M. en I. Abraham Martínez BautistaM. en I. Omar de Jesús Pérez

I.Q. Miriam Arenas SáenzIng. Ma. Guadalupe Pérez Hernández

Ayudante de profesor:Miriam del Carmen Medina López