practica11
Páginas: 5 (1057 palabras)
Publicado: 27 de abril de 2015
Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Ingeniería
Práctica 11
Coeficiente de Joule-Thomson
Fecha de realización: 20 de Abril de 2015
Fecha de entrega: 27 Abril de 2015
Brigada 2
Balderas Melchor Osvaldo
López Gómez Marley
López Tapia Gerardo
Reséndiz Espíndola Daniel
Objetivos
Determinar el valor del coeficiente de Joule-Thomson para agua en un proceso isoentálpico(proceso de estrangulamiento).
Obtener la calidad del vapor de un generador de vapor.
Introducción
Para realizar la práctica necesitamos tener algunos conceptos básicos.
Experimento de Joule-Thomson
Un flujo constante de gas pasa por un tubo aislado en la dirección de las flechas, en la posición A hay una obstrucción que puede ser un disco poroso o un diafragma con un pequeño agujero o, como en elexperimento original, un pañuelo de seda. Debido a la obstrucción, hay una disminución de presión, que se registra en los medidores M y M’, al pasar del lado izquierdo al derecho. Cualquier variación de la temperatura se mide en los termómetros t y t’. La frontera del sistema se mueve con el gas y encierra siempre la misma masa. Consideremos el paso de un mol de gas a través de la obstrucción. Elvolumen de la izquierda disminuye en un volumen molar . Como el gas empujado por el gas que viene a continuación, que ejerce una presión , el trabajo producido es
=
El volumen de la derecha aumenta en el volumen molar , el gas que pasa debe empujar al que está delante, que ejerce una presión de oposición . El trabajo producido es
=
El trabajo neto producido es la suma de la estas doscantidades
Como el tubo esta aislado Q=0, y tenemos el enunciado de la primera ley
Recordemos que
El coeficiente de Joule-Thomson se define como el valor límite de esta razón cuando tiende a cero:
=
El descenso de temperatura (efecto Joule-Thomson) puede medirse fácilmente en este experimento, sobre todo si la diferencia de presiones es grande. Puede realizarse una demostraciónturbulenta de este efecto abriendo parcialmente una válvula de un depósito de nitrógeno comprimido; pocos minutos después la válvula se enfría suficientemente para formar una capa de nieve por condensación de la humedad del aire. Si el depósito de gas está casi lleno, la presión de expulsión es aproximadamente de 150 atm y la presión de salida es de 1 atm. Con esta disminución de presión, la disminuciónde temperatura es bastante grande.
La relación entre y la derivada es simple. La diferencial total de H,
Expresa la variación de H en función de las variaciones de T y de p. Es posible variar T y p de manera que H permanezca constante imponiendo la condición . Con esta condición, la relación se convierte en
Dividiendo por , tenemos
Utilizando la definición de y reordenando, tenemosAsí, medimos y el valor de puede calcularse a través de la ultima ecuación.
El coeficiente Joule-Thompson es positivo para todos los gases a temperaturas menores o iguales a la temperatura ambiente, excepto para hidrógeno y helio, que tienen coeficientes negativos. Estos dos gases se calientas después de experimentar este tipo de expansión. Todo gas tiene una temperatura característica sobre lacual el coeficiente de Joule- Thomson es negativo, la temperatura de inversión Joule-Thomson. La temperatura de inversión para el hidrógeno es aproximadamente -80ºC; por debajo de esta temperatura, el hidrógeno se enfriará en una expansión de Joule-Thomson. Las temperaturas de inversión para la mayoría de los gases son mucho más altas que la temperatura ambiente.
El efecto Joule-Thomson puedeutilizarse como base de un dispositivo refrigerante. El gas enfriado en la región de presión baja se devuelve sobre la línea de presión alta para reducir la temperatura del gas antes de la expansión; la repetición de este proceso puede reducir la temperatura en la región de alta presión a valores bastante bajos. Si la temperatura es baja suficiente, entonces alcanza en la expansión valores menores...
Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Ingeniería
Práctica 11
Coeficiente de Joule-Thomson
Fecha de realización: 20 de Abril de 2015
Fecha de entrega: 27 Abril de 2015
Brigada 2
Balderas Melchor Osvaldo
López Gómez Marley
López Tapia Gerardo
Reséndiz Espíndola Daniel
Objetivos
Determinar el valor del coeficiente de Joule-Thomson para agua en un proceso isoentálpico(proceso de estrangulamiento).
Obtener la calidad del vapor de un generador de vapor.
Introducción
Para realizar la práctica necesitamos tener algunos conceptos básicos.
Experimento de Joule-Thomson
Un flujo constante de gas pasa por un tubo aislado en la dirección de las flechas, en la posición A hay una obstrucción que puede ser un disco poroso o un diafragma con un pequeño agujero o, como en elexperimento original, un pañuelo de seda. Debido a la obstrucción, hay una disminución de presión, que se registra en los medidores M y M’, al pasar del lado izquierdo al derecho. Cualquier variación de la temperatura se mide en los termómetros t y t’. La frontera del sistema se mueve con el gas y encierra siempre la misma masa. Consideremos el paso de un mol de gas a través de la obstrucción. Elvolumen de la izquierda disminuye en un volumen molar . Como el gas empujado por el gas que viene a continuación, que ejerce una presión , el trabajo producido es
=
El volumen de la derecha aumenta en el volumen molar , el gas que pasa debe empujar al que está delante, que ejerce una presión de oposición . El trabajo producido es
=
El trabajo neto producido es la suma de la estas doscantidades
Como el tubo esta aislado Q=0, y tenemos el enunciado de la primera ley
Recordemos que
El coeficiente de Joule-Thomson se define como el valor límite de esta razón cuando tiende a cero:
=
El descenso de temperatura (efecto Joule-Thomson) puede medirse fácilmente en este experimento, sobre todo si la diferencia de presiones es grande. Puede realizarse una demostraciónturbulenta de este efecto abriendo parcialmente una válvula de un depósito de nitrógeno comprimido; pocos minutos después la válvula se enfría suficientemente para formar una capa de nieve por condensación de la humedad del aire. Si el depósito de gas está casi lleno, la presión de expulsión es aproximadamente de 150 atm y la presión de salida es de 1 atm. Con esta disminución de presión, la disminuciónde temperatura es bastante grande.
La relación entre y la derivada es simple. La diferencial total de H,
Expresa la variación de H en función de las variaciones de T y de p. Es posible variar T y p de manera que H permanezca constante imponiendo la condición . Con esta condición, la relación se convierte en
Dividiendo por , tenemos
Utilizando la definición de y reordenando, tenemosAsí, medimos y el valor de puede calcularse a través de la ultima ecuación.
El coeficiente Joule-Thompson es positivo para todos los gases a temperaturas menores o iguales a la temperatura ambiente, excepto para hidrógeno y helio, que tienen coeficientes negativos. Estos dos gases se calientas después de experimentar este tipo de expansión. Todo gas tiene una temperatura característica sobre lacual el coeficiente de Joule- Thomson es negativo, la temperatura de inversión Joule-Thomson. La temperatura de inversión para el hidrógeno es aproximadamente -80ºC; por debajo de esta temperatura, el hidrógeno se enfriará en una expansión de Joule-Thomson. Las temperaturas de inversión para la mayoría de los gases son mucho más altas que la temperatura ambiente.
El efecto Joule-Thomson puedeutilizarse como base de un dispositivo refrigerante. El gas enfriado en la región de presión baja se devuelve sobre la línea de presión alta para reducir la temperatura del gas antes de la expansión; la repetición de este proceso puede reducir la temperatura en la región de alta presión a valores bastante bajos. Si la temperatura es baja suficiente, entonces alcanza en la expansión valores menores...
Leer documento completo
Regístrate para leer el documento completo.