Procesosindusttriales1

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1. Efecto Joule Thomson y refrigeración

• Describa el efecto Joule-Thomson y alguna aplicación comercial-Industrial.

El proceso Joule-Thomson consiste en el paso de un contenedor a presión constante a uno constante y menor (Pf > Pi) de un gas a través de un estrangulamiento o una pared porosa, este se aísla térmicamente de modo que su transferencia de calor sea nula (Q=0). Es decir gasse expande adiabáticamente produciéndose una variación en su temperatura.

El trabajo ejecutado por el gas será entonces: W = P2V2 – P1V1

Considerando el primer principio de la Termodinámica y puesto que el proceso es Adiabático (Q=0). El cambio de energía interna será:
∆E = Q – W = - W
0
E2 – E1 = -(P2V2 – P1V1)Reordenando se tiene que:
E1 + P1V1 = E2 + P2V2

Por definición, la Entalpía es H = E + PV, entonces H1 = H2 o ∆H= 0

Aplicando derivadas se obtiene:
∂H = ﴾ ∂H/∂P﴿T ∂P + ﴾ ∂H/∂T﴿P ∂T

Puesto que en el Experimento de Joule-Thomson la entalpía permanece constante, entonces dH=0. Así se deduce que:﴾ ∂T/∂P﴿H = -[﴾ ∂H/∂P﴿T /﴾ ∂H/∂T﴿P] = - 1 ﴾ ∂H/∂P﴿T
Cp

Tal que: ﴾ ∂H/∂P﴿T = - T ﴾ ∂V/∂T﴿P + V

Se define: μJ-T = ﴾ ∂T/∂P﴿H

Entonces: μJ-T = = 1 [T ﴾ ∂V/∂T﴿P – V ]
Cp

Donde μJ-T se denomina “Coeficiente deJoule-Thomson”.

El efecto Joule-Thomson es ampliamente utilizado en los refrigeradores y heladeras domésticas. Estos dispositivos funcionan igual que en el experimento Joule-Thomson con la diferencia que el gas se expande y por lo tanto se enfría en una serie de tubos que están en el interior del refrigerador con lo cual se logra disminuir la temperatura en su interior. Una vez que el gas hacirculado por el interior de la heladera, vuelve al compresor, donde es nuevamente comprimido y recirculado.

Otro uso es de tipo industrial es la licuefacción de gases, a partir del hecho de que un gas se puede enfriar cuando se expansiona, se utiliza para el análisis de las propiedades fundamentales de las moléculas de gas (fuerzas intermoleculares), para el almacenamiento de gases, algunos ejemplosde estos son:

La licuefacción el GLP, en la refrigeración y aire acondicionado. En éstos, el gas licuado dentro del condensador, libera el calor de vaporización, y se evapora en el evaporador, donde el calor de vaporización es absorbido. El amoníaco fue el primero de estos refrigerantes, pero ha sido sustituido por compuestos derivados del petróleo y halógenos.

Pero el ejemplo mas reciente,es la primera planta de licuefacción de gas natural en América Latina, inaugurada el jueves 10 de Junio del presente año, al sur de Lima. La obra tiene más de 120 kilómetros de tuberías con una capacidad de disminuir la temperatura del gas hasta menos 160 grados Celsius, reduciendo 600 veces su volumen, a fin de facilitar su transporte.
Además, cuenta con tanques de 80 metros de diámetro de basey 52 metros de altura, que vienen con un gasoducto construido especialmente para esta planta.

• ¿Cual es el valor del coeficiente J-T para un gas ideal? ¿Por qué?

El Coeficiente Joule-Thomson para un gas ideal es cero. Sabemos que el coeficiente Joule-Thomson es: μJ-T = ﴾ ∂T/∂P﴿H = - 1 ﴾ ∂H/∂P﴿T
Cp
Como H = U + PVla expresión puede también tomar la forma:
μJ-T = - 1 [﴾ ∂U/∂P﴿T + ﴾ ∂(PV)/∂T﴿T]
Cp

En el caso particular de un gas ideal, se cumple que:

﴾ ∂U/∂P﴿T = 0 ﴾ ∂(PV)/∂T﴿T = 0

En consecuencia, como CP ≠ 0, resulta μJ-T =0
Que nos indica que si un gas ideal sufre un estrangulamiento, su temperatura varía, pues:
﴾ ∂T/∂P﴿H =0
Así pues, el valor de μJ-T depende...
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