Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Ingeniería

Laboratorio de Termodinámica

Práctica 6 Coeficiente de JouleThomsonNombres:

Brigada: 2

Grupo: 4

Fecha de realización: 19 de septiembre de 2016

Objetivo

Determinar el valor del coeficiente de Joule-Thomson para agua en un proceso

isoentálpico (proceso estrangulamiento)

Obtener la calidad del vapor de un generador de vapor.

IntroducciónDispositivos de Estrangulamiento.

Los dispositivos de estrangulamiento 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

Los dispositivos de estrangulamiento son por lo regular dispositivos pequeños y se puede suponer que el flujo por ellos es adiabático (Q ≈ 0) puesto que no hay suficiente tiempo ni área suficientemente grande para que ocurra alguna transferencia de calor efectiva. Tampoco 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 de energía cinética es insignificante (ΔEc=0).

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 isoentálpico (proceso a h=cte).

Coeficiente de Joule-Thomson

Cuando un fluido pasa por una restricción como un tapón poroso, un tubo capilar o una válvula de estrangulamiento, disminuye su presión y la entalpia del fluido permanece aproximadamente constante durante el proceso de estrangulamiento. Se comentó 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 de acondicionamiento 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.

Desarrollo Experimental

1. Prender el generador de vapor.

2. Calentar hasta una presión de 6 [kgf/cm2].

3. Colocar el termómetro de mercurio en una de las tuberías.

4. Abrir toda la válvula.

5. Esperar unos ocho segundos a que se alcance el estado estacionario.

6. Tomar la lectura de temperatura del termopar instalados en el gabinete.

7. Tomar temperatura después de estrangulamiento con el termopar.

8. Tomar presión manométrica con los manómetros.

9. Cerrar la válvula.

10. Repetir a las mismas condiciones para cada equipo de trabajo.

11. Con el uso de tablas de propiedades termodinámica computarizadas (CATT3) obtener el valor de las entalpias antes y después del proceso de estrangulamiento. Las tablas termodinámicas computarizadas se encuentran disponibles en las computadoras ubicadas en las salas G001 y G002.

12. Con los valores obtenidos con las tablas computarizadas, llenar la tabla 1.

13. Para calcular la calidad del vapor se utilizará la expresión.

𝑋𝑣 = (ℎ𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎− ℎ𝑓)/ (ℎ𝑔 − ℎ𝑓)

Donde:

hmezcla es la entalpia de mezcla y se obtiene con la presión y temperatura registrada después del estrangulamiento.

hf es la entalpia de líquido saturado y se obtiene con la presión absoluta y la temperatura registrada antes de estrangular el vapor.

hg es la de vapor saturado y se obtiene con la presión absoluta y la temperatura registrada antes de estrangular el vapor.

Resultados

Equipo

P1 man[kg/cm2]

P1 abs[Pa]

T1

[°C]P2

man P2 abs T2

[°C]h

(KJ/Kg)Xv Mt (°C/Pa)

3.9 459092.9 149 0 73633.9 103.5 2689.2 0.9740080654 0.0001180410

2 3.7 436479.95 148 0 73633.9 120.5 2722.5 0.9908340447 0.0000757897

3 3.5 416866.65 147 0 73633.9 121.7 2724.8 0.9929131481 0.0000737191

4 3.9 456093.25 149 0 73633.9 120.4 2722.3 0.9897716424 0.0000747791

5 4.1 475706.55 151 0 73633.9 118.8 2719.2 0.9874096315 0.0000800850

Usando una tabla de 0.05 MPa y asumiendo comportamiento lineal entre una temperatura de 100°C y 150°C, se obtiene la ecuación de la recta como:

y=1.956x+ 2486.8 lo cual da los valores para 103.5,120.5 ...

Xg)(mg)+Yg=hg (xf)(mf)+yf=hf Xf hg hf2744,254733 626,1079532 459,0929 2744,254733 626,10795322741,966875 618,1429895 436,47995 2741,966875 618,14298952739,887865 610,8939138 416,86665 2739,887865 610,89391382743,972766 625,0826729 456,09325 2743,972766 625,08267292745,816416 631,7864988 475,70655 2745,816416 631,7864988

Xg Mg Yg Xh Mh Yh459,0929 0 2701,1 459,0929 0,3418 469,19436,47995 0,106 2695,7 436,47995 0,3696 456,82416,86665 0,106 2695,7 416,86665 0,3696 456,82456,09325 0,094 2701,1 456,09325 0,3418 469,19475,70655 0,094 2701,1 475,70655 0,3418 469,19

Conclusión

Durante la experimentación se logró observar que cualquier tipo de válvula puede usarse como estrangulador. La válvula de estrangulamiento es simplemente una restricción al flujo, si bien reduce la presión, no realiza trabajo y por lo general la transferencia de calor es pequeña. Como consecuencia de ello, el enfriamiento por efecto Joule-Thomson será pronunciado a temperaturas bajas y presiones bajas. En la práctica se tomó como fluido el vapor de agua, Cuando al agua se le agrega energía calorífica, varían su entalpía y su estado físico. A medida que tiene lugar el calentamiento, la temperatura del fluido aumenta y por lo regular su densidad disminuye. La rapidez de la vaporización depende de la velocidad con la cual se transmite el calor al agua.

Referencias

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

Kennet, Wark, Termodinámica, Sexta Edición. España 2001. Mc Graw Hill.