LABORATORIO DE TERMODINÁMICA
Práctica #11 Coeficiente de Joule-Thomson
“
”
Integrantes: García Hernández Francisco Moisés Grupo de teoría: 13 Luz López Erick Francisco Grupo de teoría: 03
Grupo de laboratorio: 02
Fecha de entrega: 28/10/2013
OBJETIVOS
Determinar el valor del coeficiente de Joule y de Thomson para agua en un proceso isoentálpico (proceso de estrangulamiento).
Obtener la calidad del vapor de un ge nerador de vapor.
INTRODUCCIÓN La estrangulación es un proceso en el cual se hace pasar un fluido por una tubería que disminuye su área transversal. Durante un proceso de estrangulamiento ocurren cambios en las propiedades termodinámicas del fluido, que incluyen una disminución de la presión, aumento de la velocidad, entalpia constante e incremento o disminución de su temperatura durante el tramo en el que el fluido está estrangulado. Los dispositivos para realizar dicho proceso son válvulas, tubos capilares, reducciones bruscas y tapones porosos (corcho). La magnitud de la variación de temperatura durante éste proceso 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 por ellos 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 de energía cinética es insignificante (ΔEc=0), por lo que la ecuación de energía aplicada a estos dispositivos se reduce a:
Como
Por lo que se concluye que un proceso de estrangulamiento es un proceso isentálpico, ya que las entalpias, si bien no son constantes durante el proceso, sí son iguales en la entrada y en la salida.
El coeficiente de joule-Thomson (mencionado líneas arriba) está definido como
) (
El cual expresa como varía la temperatura durante un proceso de estrangulamiento, con el rango de valores siguente:
la temperatura aumenta la temperatura permanece constante
la temperatura disminuye
METODOLOGÍA Cantidad
Material
1 1
Generador de vapor con termómetro bimetálico. Multímetro digital con termopar tipo K de inmersión.
1) Prender el generador de vapor. 2) Calentar hasta una presión de 5 bar. 3) Colocar el termopar tipo K en la tubería correspondiente. 4) Abrir toda la válvula. 5) Esperar unos 8 segundos a que se alcance el estado estacionario. 6) Tomar la temperatura del termómetro bimetálico, propio del generador de vapor. 7) Tomar la lectura de temperatura del multímetro digital. 8) Tomar la lectura de presión manométrica. 9) Cerrar la válvula. 10) Repetir a las mismas condiciones para cada equipo.
DESARROLLO 1) Esta práctica la realizamos en conjunto las 5 brigadas del laboratorio. Se espero a que el calentador tuviera el agua a 5[bar] de presión. 2) Una vez alcanzada la presión de 5[bar], la brigada 1 realizó los siguientes pasos: a.
Registraron la temperatura del t ermómetro bimetálico.
b. Abrieron la válvula del calentador al máximo hasta alcanzar la pre sión de 4,5[bar]. c.
Cerraron la válvula al llegar a la presión de 4,5[bar].
d. Registraron la temperatura indicada por el multímetro digital. e.
Realizaron el proceso los pasos a, b, c y d tres veces, debido a que no medían la temperatura que indicaba el multímetro digital antes de cerrar la válvula, y se tomó el valor que obtuvieron en la primera o casión para el evento 1.
3) Se espero a alcanzar la presión de 4,5[bar]. 4) La brigada 2 ahora acudió a trabajar con el generador de vapor, y realizaron los siguientes pasos: a.
Registraron la temperatura del te rmómetro bimetálico.
b. Abrieron la válvula del calentador al máximo hasta alcanzar la presión de 4[bar]. c.
Registraron la temperatura indicada por el multímetro digital al llegar a la presión de 4[bar].
d. Cerraron la válvula. 5) Acudió posteriormente la brigada 3 al calentador de agua, esta vez no se espero a alcanzar la presión de 4[bar] ya que la presión se encontraba en esa magnitud, y realizaron los pasos a, b, c y d del punto 4, pero para la presión inicial de 4[bar] y presión final de 3,5[bar].
6) Acudió posteriormente la brigada 4 al calentador de agua, esta vez tampoco se espero a alcanzar la presión de 3,5[bar] ya que la presión se encontraba en esa magnitud, y realizaron los pasos a, b, c y d del punto 4, pero para la presión inicial de 3,5[bar] y presión final de 2,3[bar]. 7) Posteriormente acudimos nosotros (brigada 5) y esperamos a que la presión llegara a 2,3[bar]. Al alcanzarse la presión mencionada, realizamos lo siguiente: a.
Registramos la temperatura del termómetro bimetálico.
b. Abrimos la válvula y esperamos a que la presión manométrica indicara 1,5[bar]. c.
Una vez alcanzada la presión indicada anteriormente, registramos la temperatura obtenida por el multímetro digital con termopar.
d. Cerramos la válvula.
RESULTADOS a) Tabla de resultados Evento
P1man[Pa]
P1abs[Pa]
T1[°C]
P2abs[Pa]
T2[°C]
Xv
Xl
µJ-T [°C/Pa]
1
500 000
577 144,64
150
77 144,64
360
118%
0
-4,2x10
2
450 000
527 144,64
150
77 144,64
383
0
-5,17x10
3
400 000
477 144,64
145
77 144,64
450
0
-7,625x10
4
350 000
427 144,64
140
77 144,64
330
0
-5,429x10
5
230 000
307 144,64
130
77 144,64
320
123,6 % 130,3 % 118,7 % 118,2 %
0
-8,26x10
b) Tabla de entalpias Evento 1 2 3 4 5 Patm=77 144,64[Pa]
h[kJ/kg] 3 197,389 3 244,2696 3 383,993 3 136,242 3 115,859
h f [kJ/kg] 632,18 632,18 610,64 589,16 546,38
hg[kJ/kg] 2 745,9 2 745,9 2 739,8 2 733,5 2 720,1
-4
-4
-4
-4
-4
Memoria de cálculos
CONCLUSIONES García Hernández Francisco Moisés Obtuvimos una calidad de vapor superior al 100% ya que la temperatura de salida del vapor de agua a presión atmosférica era muy superior a los 92[°C] que es su temperatura de saturación a la altura en que se encuentra el D.F., y el coeficiente de Joule-Thomson al ser negativo nos indicó un aumento en la temperatura, cosa que si ocurrió al ser liberado el vapor del intercambiador de calor. El conocimiento y manipulación de la calidad de un vapor es necesaria para el manejo de autoclaves en la esterilización de instrumental de laboratorio o médico, para el cual se necesita un vapor supercalentado a presión con una calidad del 100%, así como para autoclaves de uso industrial en el tratamiento de maderas que se usarán en la construcción de exteriores (para protegerla de parásitos), el teñido de telas, realizar vulcanizado en la industria de neumáticos y en el manejo de residuos hospitalarios.
Luz López Erick Francisco: Como he reiterado desde las prácticas anteriores, el estudio de las propiedades de los gases es de suma importancia en el área ingenieril ya que en el ambiente laboral se encontrara frecuentemente con la necesidad de comprender perfectamente y con ello llevar a cabo de forma eficiente nuestro trabajo con maquinaria que use sustancias en este estado para su funcionamiento. Tal vez en este momento no poseemos el suficiente conocimiento para poder valorar correctamente la utilidad de los conceptos que a durante este semestre se han visto y se verán. Tampoco se debe olvidar que las tecnologías que ocupan gases están presentes en casi cualquier cosa que nos rodea ya se directa o indirectamente, y además se encuentra en constante desarrollo. Es por ello que estas prácticas me parecen útiles ya que son los fundamentos sobre los cuales se apoyaran nuestros conocimientos futuros que a su vez nos permitirán desarrollarnos laboralmente. En esta práctica los objetivos se cumplieron ya que los datos que obtuvimos fueron consistentes aun que uno si fue anormal los demás se m antuvieron razonablemente similares. En conclusión la práctica se desarrollo correctamente y cumplió con los objetivos deseados.
