proceso de estrangulamiento - termodinamica terminado
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HUANCAYO PERÚ2012
“AÑO DE LA INTEGRACIÓN NACIONAL Y EL RECONOCIMIENTO DE NUESTRA DIVERSIDAD”
Resumen
FACULTAD DE INGENIERÍAEN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
CÁTEDRA : TERMODINAMICA
CATEDRÁTICO : Ing. Ms Acosta López
Edgar Rafael
ALUMNA : Tejeda Cóndor, Janina
Shirley
SEMESTRE : VIHUANCAYO-PERÚ
2012
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Las diferentes operaciones unitarias que tienen lugar en la industria
de alimentos implican la generación y/o absorción de energía, es decir
todos los procesos que se relacionen con la Industria Alimentaria
requieren de conocimiento de muchos temas entre ellos el de la
termodinámica, pero también el de los equipos que se usan en los
procesos alimenticios.
Una de esas aplicaciones se refiere a la ecuación de la energía de un
sistema abierto de flujo estacionario, en este campo de la
termodinámica encontramos diversos procesos de diferentes sistemas
que sirven en la industria del alimento, ya sea para la transformación o
la conservación de estos. Uno de ellos se resaltara en este espacio de
información, es decir trataremos el tema del proceso de
estrangulamiento en la refrigeración.
Es por ello que sin desmerecer a los autores de todos los libros
consultados, sino más bien rescatando lo más importante y novedoso
de cada uno de ellos, es que realizo este trabajo, en donde sin duda
alguna se encontrará información exacta y explicada detalladamente
del tema.
En tal sentido eh planteado el siguiente único objetivo pero
importante:
De conocer cómo funciona el proceso de estrangulamiento
como un sistema abierto de flujo no estacionario.
REFRIGERACIÓN
La capacidad para reducir la temperatura de los productos alimenticios
ha influido probablemente en el sistema alimentario más que cualquier
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otro factor. La mayor parte de los alimentos deben refrigerase para su
proceso de distribución y venta ya que la vida útil o de anaquel de los
productos frescos vegetales depende de la variedad, las condiciones del
producto al momento de la cosecha (daño mecánico, contaminación
microbiana y grado de madurez por ejemplo) y la humedad relativa del
sistema de almacenamiento. MOO (2007)
CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESION DE VAPOR
Los procesos del ciclo de refrigeración por compresión se presentan en
los diagramas termodinámicos P-h y T-s.
En este ciclo, el fluido de trabajo esta inicialmente saturado o es un
vapor ligeramente sobrecalentado a presiones relativamente bajas (estado
1) luego se le comprime hasta una presión elevada (estado 2)
El ciclo de refrigeración por compresión de vapor se compone de los siguientes procesos:
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1-2 compresión adiabática (s= cte.)
2-3 rechazo de calor (p=cte.)
3-4 expansionamiento de fluido (h= cte.)
4-1 suministro de calor (p=cte.)
EL PROCESO DE ESTRANGULAMIENTO
EFECTO DE JOULE THOMSON. Este proceso consiste en el paso
desde un contendor a presión constante a otro a presión también (Pf <Pi¿,
de un gas a través de un estrangulamiento o a una pared porosa. El gas se
expande adiabáticamente en el paso de un contendor a otro, y se produce
una variación en su temperatura.
La variación de temperatura depende de las presiones, inicial y final, y del
gas utilizado. Está relacionado con la desviación del gas de si
comportamiento ideal. Este proceso de paso de un gas por un
estrangulamiento o pared porosa es irreversible.
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EXPERIMENTO DE JOULE THOMSON
Considérese un sistema consistente en un sector tubular dividido en dos
por un tabique poroso y provisto de dos émbolos opuestos.
Entonces sí: ∆U=Q+W
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Pero se sabe que por ser adiabático Q=0
Por lo tanto quedaría: ∆U=W
Conocemos que:W=−P (V 2−V 1 ) y por tal W=W A+W B
También sabemos que: ∆U=∆U A+∆U B
Y como: ∆U=W entonces ∆U A+∆U B=W A+W B
Es decir: −P (V 2−V 1 )A−P (V 2−V 1 )B=(U 2−U 1 )A+(U 2−U 1 )B
Por el grafico se anulan y queda de la siguiente forma;
PAV A−PBV B=−U A−U B
U A+P AV A=U B+PBV B
Por tal resultaría: H A=HB H=cte
Proceso ISENTALPICO: ∆ H=0
Si bien al analizar el efecto Joule-Thomson notamos que H es constante,
prácticamente no utilizamos el concepto de entalpía como potencial
termodinámico. HOWARD (2005)
DIFERENCIA TOTAL DE ENTALPIA: El diferencial total de la entalpia
describe la variación de esa propiedad con la temperatura y la presión
H = H (T,P) f (H,P,T) = 0 .
dH=( ∂ H∂T )P
dT+( ∂H∂ P )T
dP
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Si en un proceso de estrangulamiento la entalpia es constante: ∆ H=0,
entonces dH=0
( ∂ H∂T )P
dT+( ∂H∂ P )T
dP=0→( ∂T∂ P )H
=−( ∂ H∂P )
T
( ∂ H∂T )P
=μ j
μ j=coeficiente de JouleThomson
Un coeficiente de Joule-Thomson con signo positivo significa
que la temperatura del fluido disminuye durante el
estrangulamiento.
Un coeficiente de Joule-Thomson con signo negativo significa
que la temperatura del fluido aumenta durante el
estrangulamiento.
μ j=( ∂T∂ P )H
VÁLVULAS DE ESTRANGULAMIENTO
Una válvula de estrangulamiento es simplemente una restricción al
flujo, que en ocasiones un descenso significativo en la presión del fluido.
Algunos ejemplos son las válvulas ajustables ordinarias, los tubos
capilares y los obturadores porosos (filtros).
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Figura N° 1. Ejemplos de dispositivos de estrangulación
A diferencia de las tuberías, producen una disminución de presión sin
implicar ningún trabajo. A menudo la reducción de presión en el fluido
se acompaña con un gran descenso de la temperatura, por lo que son
usaos en aplicaciones de refrigeración y aire acondicionado.
DISPOSITIVOS DE ESTRANGULAMIENTO: son por lo regular
dispositivos pequeños y se puede suponer que el flujo por ellos es
adiabático donde 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 (∆ EP= 0). Aun cuando la velocidad de salida
sea con frecuencia considerablemente mayor que la velocidad de
entrada, en la mayoría de los casos el incremento de energía cinética es
insignificante (∆ Ec= 0).
Eentran−E salen=∆ Esistema
Q+W=m((V 22
2−V 12
2 )+g ( z2−z1)+ (u2−u1 )+(P2v2−P1 v1))
La ecuación de la energía aplicada a este tipo de dispositivos,
considerando flujo estable con una sola corriente se reduce a.
ENERGIA INTERNA + FLUJO DE ENERGIA = CONSTANTE
(u2−u1 )+(P2 v2−P1 v1 )=0
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El resultado final de un proceso de estrangulamiento 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 un fluido se incrementará durante un proceso de
estrangulamiento.
h=u+Pv
¿
h2-h1=0
Se concluye que un proceso de estrangulamiento, es un proceso a
entalpia constante
h2=h1
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
CONCLUSIONES:
Si un fluido no se expande desde una región de alta presión
hasta otra de baja presión y no se realiza trabajo, o no se
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producen cambios en la energía potencial y cinética, si llega a
ocurrir que tales efectos se dice entonces que el proceso es de
estrangulamiento.
Para cada gas, hay valores diferentes de presión y temperatura
en los que no se produce cambio de temperatura durante una
expansión de Joule - Thomson. Esta temperatura recibe el
nombre de temperatura de inversión. Por debajo de esta el gas
se enfría durante la estrangulación, mientras que por arriba de
esta el gas sufre un aumento en su temperatura.
El efecto principal del proceso de estrangulamiento es el de
lograr una caída significativa de la presión sin que haya ninguna
interacción del trabajo ni tampoco que haya cambios en la
energía cinética y potencial.
BIBLIOGRAFIA:
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HOWARD N. SHAPIRO (2005) “TERMODINAMICA TECNICA”,
Segunda Edición Editorial REVERTE S.A. Barcelona – España.
ING. MOO PUC, JUAN ALBERTO (2007) ”INGENIERÍA EN
INDUSTRIAS ALIMENTARIAS” Instituto Tecnológico Superior De
Calkiní En El Estado De Campeche, UNIDAD 4
CLAIR J. BATTY y STEVEN L. FOLKMAN (1989) “Fundamentos De
Ingeniería De Alimentos” COMPAÑIA EDITORIAL CONTINENTAL
S.A. DE C.V. México
Gerardo Pacheco H., Alejandro Rojas T., Agustín Hernández Q.
“MANUAL DE PRÁCTICAS DEL LABORATORIO DE
TERMODINÁMICA UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE
MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE CIENCIAS
BÁSICAS
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