Coeficiente de Joule Thomson

Laboratorio de Termodinámica
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COEFICIENTE DE JOULE-THOMSON
OBJETIVOS
Determinar el valor del coeficiente de Joule y de Thomson para agua en un proceso
isoentálpico (proceso estrangulamiento),
Obtener la calidad del vapor de un generador de vapor .
BASES TEORÍCAS.
Dispositivos de Estrangulamiento.
Los dispositivos deestrangulamiento 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 esarazón 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.
Los dispositivos de estrangulamiento son por lo regular dispositivos pequeños y se
puede suponer que el flujo porellos es adiabático (Q ≈ 0) puesto que no hay suficiente
tiempo ni área suficientemente grande para que ocurra alguna transferencia de calor
efectiva. También, no se realiza trabajo (W≈0), y el cambio en la energía potencial es muy
pequeño (ΔEp=0). Aun cuando la velocidad de salida sea con frecuencia considerablemente
mayor que la velocidad de entrada, en la mayoría de casos el incremento deenergía cinética
es insignificante (ΔEc=0).
1

Q2

W

1 2

1
m( (V22 V12 ) g(Z2 Z1 ) (u2 u1 ) (Pv2 Pv1 ))
2
1
2

La ecuación de la energía aplicada a este tipo de dispositivos, considerando flujo
estable con una sola corriente, se reduce a:
Energía interna + flujo de energía = constante
Esto Implica que:

(u2 u1 ) (Pv2 Pv1 ) 0
2
1
El resultado final de un proceso deestrangulamiento depende de cuál de las dos
cantidades se incremente durante el proceso. Si el flujo de energía se incrementa durante el
proceso (P2v2>P1v1), esto se puede hacer a expensas de la energía. Como resultado, la
energía interna disminuye, lo cual por lo regular, va acompañado de una disminución de
temperatura. Si se incrementa el producto Pv, la energía interna y la temperatura de unfluido se incrementará durante un proceso de estrangulamiento.
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Gerardo Pacheco H., Alejandro Rojas T., Agustín Hernández Q.

Laboratorio de Termodinámica
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Como:

h u Pv

(u2 Pv2 ) (u1 Pv1 ) 0
2
1
h2 h1 0
Se concluye que un proceso deestrangulamiento, es un proceso a entalpia constante.

h1 h2
Es decir, los valores de entalpia en la entrada y en la salida en una válvula de
estrangulamiento se consideran los mismos. Por esta razón, una válvula de
estrangulamiento se denomina dispositivo isentálpico (proceso isentálpico, h=0).
Coeficiente de Joule-Thomson
Cuando un fluido pasa por una restricción como un tapón poroso, un tubocapilar o
una válvula de estrangulamiento, disminuye su presión y la entalpia del fluido permanece
aproximadamente constante durante el proceso de estrangulamiento. Se comentó
anteriormente que un fluido puede experimentar una reducción considerable de su
temperatura debido al estrangulamiento, lo que constituye la base de operación en los
refrigeradores y en la mayor parte de los sistemas deacondicionamiento de aire. Sin
embargo, esto no siempre sucede. La temperatura del fluido puede permanecer invariable o
es posible incluso que aumente durante un proceso de estrangulamiento.
El comportamiento de la temperatura de un fluido durante un proceso de
estrangulamiento (h=constante) está dado por el coeficiente de Joule –Thomson, definido
como:
JT

T
P

h

El coeficiente de...