Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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RELACIONES DE PROPIEDADES
>
T 1 = 20 °C T 2 = 20 °C
<
P 1 = 800 kPa
P 2 = 200 kPa
FIGURA 12-12
La temperatura de un fluido puede
aumentar, disminuir o permanecer constante
durante un proceso de estrangulamiento.
T
P 2 , T 2
(variables)
2
2 2
2
h = línea constante
P 1 , T 1
(fijas)
Estados de salida
Estado de
entrada
2
FIGURA 12-13
El desarrollo de una línea de
h constante en un diagrama P-T.
T
μ JT > 0 μ JT < 0
Temperatura máxima
de inversión
h = constante
Línea de inversión
FIGURA 12-14
Líneas de entalpía constante de una
sustancia en un diagrama T-P.
1
P 1
P
P
12-5 ■ EL COEFICIENTE DE JOULE-THOMSON
Cuando un fluido pasa por un obstáculo como un tapón poroso, un tubo capilar
o una válvula ordinaria, disminuye su presión. Como se mostró en el capítulo
5, la entalpía del fluido permanece aproximadamente constante durante
tal proceso de estrangulamiento. Se recordará 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 acondicionadores 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 (Fig. 12-12).
El comportamiento de la temperatura de un fluido durante un proceso de
estrangulamiento (h constante) está descrito por el coeficiente de Joule-
Thomson, definido como
T
(12-51)
P h
El coeficiente de Joule-Thomson es una medida del cambio en la temperatura
con la presión durante un proceso de entalpía constante. Observe que si
m JT •
6 0 la temperatura aumenta
0 la temperatura permanece constante
7 0 la temperatura disminuye
durante un proceso de estrangulamiento.
Un examen cuidadoso de la ecuación con la que se define, revela que el
coeficiente de Joule-Thomson representa la pendiente de las líneas h constante
en un diagrama T-P. Dichos diagramas pueden construirse con facilidad
a partir de mediciones de temperatura y presión durante los procesos de
estrangulamiento. Un fluido a temperatura y presión fijas T 1 y P 1 (en consecuencia,
de entalpía fija) es obligado a fluir por un tapón poroso, y se miden
las reducciones de su temperatura y presión (T 2 y P 2 ). El experimento se repite
para tapones porosos de diferentes tamaños, cada uno de ellos con un conjunto
diferente de T 2 y P 2 . Al graficar las temperaturas con las presiones se obtiene
una línea de h constante sobre un diagrama T-P, como se muestra en la
figura 12-13. Con la repetición del experimento para diferentes conjuntos de
presión y temperatura de entrada y graficando los resultados, se construye un
diagrama T-P para una sustancia con varias líneas de h constante, tal como
se indica en la figura 12-14.
Algunas líneas de entalpía constante en el diagrama T-P contienen un punto
de pendiente cero o coeficiente de Joule-Thomson cero. La línea que pasa por
estos puntos recibe el nombre de línea de inversión, y la temperatura en un punto
donde la línea de entalpía constante interseca la línea de inversión se conoce
como temperatura de inversión. La temperatura es la intersección de la línea
P 0 (eje de ordenadas) y la parte superior de la línea de inversión recibe el
nombre de temperatura máxima de inversión. Observe que la pendiente de
las líneas de h constante son negativas (m JT 0) en estados a la derecha
de la línea de inversión, y positivas (m JT 0) a la izquierda de ésta.
Un proceso de estrangulamiento se desarrolla a lo largo de una línea de
entalpía constante en la dirección de la presión decreciente, es decir, de derecha
a izquierda. Por lo tanto, la temperatura de un fluido aumentará durante
un proceso de estrangulamiento que sucede al lado derecho de la línea de
inversión. Sin embargo, la temperatura del fluido disminuirá durante un proceso
de estrangulamiento que se lleva a cabo en el lado izquierdo de la línea
de inversión. Es claro, de acuerdo con este diagrama, que un efecto de enfria-