Tubo ranque hilsch

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Universidad de Los Andes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Química
Germán Romero Gutiérrez 200922242
María Fernanda Rodríguez Beltrán 201013830
Sandra Carolina Rojas Gómez 201015943

Laboratorio de Termodinámica
Práctica 1
Tubo Ranque-Hilsch

Resumen

El tubo Ranque-Hilsch también conocido como tubo vórtex, es un dispositivo quesepara un único flujo de aire comprimido en dos corrientes distintas: una de aire frio y otra de aire caliente. La importancia de este tubo radica en que no contiene ninguna pieza móvil en su interior y por lo tanto ésta separación se puede explicar mediante la termodinámica. Adicionalmente cabe resaltar que el tubo es muy utilizado como mecanismo de enfriamiento dado que funciona de una formalimpia y eficaz. Para hacer la separación, el tubo usa el principio de conservación del momento angular: de ésta forma mediante un estudio de la temperatura, presión, velocidad del flujo de aire de entrada y de los flujos de entrada y salida, asumiendo el aire como gas ideal se podrá comprobar la ley de la conservación de la energía. Mediante el estudio de estos flujos será posible graficar latemperatura de los flujos en función de la presión del flujo de aire de entrada.

Palabras Clave: momento angular; conservación de energía; temperatura; presión; flujo de aire; gas ideal.

Abstract

Ranque-Hilsch tube also known as vortex tube is a device that separates a single stream of compressed air into two separate streams: a cold air and a hot air. The importance of this tube is that itcontains no moving parts inside, and so this separation can be explained by thermodynamics. Additionally it should be noted that the tube is widely used as a cooling mechanism because it operates in a clean and efficient way. To make the separation, the tube uses the principle of conservation of angular momentum: in this way through a study of the temperature, pressure, flow rate and inlet air flowsin and out; taking the air as ideal gas you can check the law of conservation of energy. By studying these flows will be possible to plot the temperature of the flows according to pressure the incoming air flow.

Keywords: angular momentum, conservation of energy, temperature, pressure, air flow, ideal gas.

1. Introducción

El tubo fue inventado por el francés George Ranque en 1928 cuandoestaba experimentando con una bomba de vórtex se dio cuenta que salía aire frio por un lado y aire caliente por el otro lado. Posterior a Ranque, el físico alemán Rudolph Hilsch publicó en 1947 un tratado sobre el tema [1] donde explicaba el funcionamiento del tubo.

Cuando el aire entra en el tubo Ranque-Hilsch, pasa por unos inyectores que son tangentes a un contralado interno, este sistema deinyectores ponen el aire de vórtex en movimiento [2]. La corriente de aire gira 90° y entra en la parte caliente del tubo, en uno de los extremos del tubo hay una válvula por la cual puede escapar una parte del aire caliente, el restante del flujo vuelve a la otra parte del tubo como un nuevo ‘caparazón’ con una presión más baja dentro del primer vórtex. Este segundo vórtex pierde calor y salepor la otra parte del tubo en forma de aire frío.

Mientras una corriente se mueve hacia la parte superior del tubo (la caliente) la otra se mueve hacia la parte inferior (la fría), los dos rotan en la misma dirección a la misma velocidad angular [2]. Dado que el vórtex interno debería girar a mayor velocidad con respecto al externo, pero gira a una velocidad igual, la pérdida de momento angularde manifiesta como transferencia de calor hacia el vórtex externo, haciendo que el vórtex externo se vuelva templado y el vórtex interno se vuelva frío.

La eficiencia del tubo Ranque-Hilsch como enfriador es inferior con respecto a dispositivos de aire acondicionado, por lo que el tubo es usado para escalas menores que las industriales como lo son las de laboratorio, algunos otras de las...
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