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EL EFECTO JOULE

THOMSON

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UNMSMEscuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas

Curso: Termodinámica.Docente:Zegarra P. orgeEstudiantes:

Callu!e "eátegui e#r$ %gnacio&uentes "i'era Arias Carlos A(el

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E&ECT) )U*E T+)MS)NEL EFECTO JOULE THOMSON consiste en dejar fuir ungas de una presión u! e"e#ada a otra presión in$eriora tra#%s de un tu&o 'ue contiene un estrangu"a iento'ue puede ser un tapón poroso( una #)"#u"a apenas

a&ierta* +e&ido a" estrangu"a iento( "a e,pansión esu! "enta de ta" $or a 'ue "as presiones a cada "adode" o&st)cu"o se antienen pr)ctica ente constantes*Se i pide e" interca &io de ca"or entre e" gas ! e"

edio e,terior ediante un ais"a iento t%r ico* Lacaracterística principa" de" e$ecto es 'ue se rea"i-a encondiciones adia&aticas*

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AMES P"ESC)TT )U*E

Físico &rit)nico* Fue uno de"os )s destacados de sutie po* +escu&rió e" E$ecto

Jou"e o generación de ca"or a"paso de una corrientee"%ctrica( ! ta &i%n enunció"a Le! de Jou"e* Enco"a&oración con .i""ia

T/o son( en 0123 descu&rióe" e$ecto Jou"e4T/o son*

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MA"C) TE)"%C)

"ESE,A +%ST)"%CAEn 0153( e" 'uí ico $ranc%s Louis6Josep/ 7a!6 Lussac 8099160125: rea"i-o di#ersos e,peri entos acerca de "a e,pansiónt%r ica de" aire ! de otros gases ! ""egó a deter inar e"coe$iciente de e,pansión #o"u %trica ; de todos "os gases igua"a <

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En 01>2( Jou"e desarro""o una t%cnica )s ?na 'ue"a de 7a!6Lussac para estudiar "os ca &ios dete peratura producidos en "a rare$acción !

condensación de" aire* En 01@3( Jou"e ! T/o sondesarro""aron e" siguiente e,peri ento< /icieronpasar aire a "o "argo de un tapón poroso a presiónconstante pero con #a"or a!or en e" "ado de

entrada de" tapón* O&ser#aron 'ue a"gunosco ponentes de" aire( e" o,Ageno ! e" nitrógenodis inuían su te peratura( pero e" /idrogenoau enta&a su te peratura* Con )s estudios !con otros gases encontraron 'ue para cada gas auna presión dada e,iste una te peratura dein#ersiónB enci a de e""a e" gas au enta "ate peratura en una e,pansión !( por de&ajo dee""a( dis inu!e su te peratura* Este $enó eno es

/o! conocido co o e$ecto Jou"e6T/o son ! see, resa con<

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+onde es e" coe?ciente de e,pansión t%r ica( (D( T ! n representan( respecti#a ente( #o"u en(presión( te peratura ! n ero de o"es( Cp es e"

ca"or especí?co a presión constante* Nótese 'ue e"e$ecto Jou"e6T/o son ocurre en "os gases rea"es !'ue "a te peratura de in#ersión se o&tiene por "ae,presión T 0( con 8T:*

En 01G2( e" ingeniero a"e )n Car" Dau" 7ott$ried#on Linde 801>360G >:!( en $or a independiente(e" ingeniero 'uí ico ing"%s .i""ia Ha pson 8ca*013>6 0G3@: desarro""aron una t%cnica de"icue$acción de gases &asada en e" e$ecto Jou"e6

T/o son* E" artícu"o de Jou"e ! T/o son so&reeste e$ecto $ue pu&"icado en "os Droceedings o$ t/e

o!a" Societ! o$ London 03( p* 353( en 01@3( cone" títu"o< On t/e T/er a" E ects o$ F"uids in

Motion*

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D%SP)S%T%-)S DE EST"AN U*AM%ENT)

Los dispositi#os de estrangu"a iento sone"e entos 'ue restringen e" fujo( "o cua" causauna caída de presión i portante en e" fuido*K"gunos dispositi#os co unes son #)"#u"as( tu&oscapi"ares( reducciones &ruscas ! tapones porosos8corc/o:* Estos dispositi#os producen una caídade presión sin i p"icar tra&ajo< La caída depresión en e" fuido sue"e ir aco pa ada de unareducción en "a te peratura( por esa ra-ón "osdispositi#os de estrangu"a iento son de usoco n en ap"icaciones de re$rigeración !acondiciona iento de aire* La agnitud de "acaída de te peratura 8o( a #eces e" au ento de

te peratura: durante un proceso deestran u "a iento se ri e or e" Coe?ciente de

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Los dispositi#os de estrangu"a iento son por "oregu"ar dispositi#os pe'ue os ! se puede suponer'ue e" fujo por e""os es adia&)tico 8 5: puesto'ue no /a! su?ciente tie po ni )reasu?ciente ente grande para 'ue ocurra a"gunatrans$erencia de ca"or e$ecti#a* Ta &i%n( no se

rea"i-a tra&ajo 8. 5:( ! e" ca &io en "a energíapotencia" es u! pe'ue o 8 E p 5:* Kun cuando"a #e"ocidad de sa"ida sea con $recuenciaconsidera&"e ente a!or 'ue "a #e"ocidad de

entrada( en "a a!oría de casos e" incre ento deenergía cin%tica es insigni$icante 8 E c 5:*

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La ecuación de "a energía ap"icada a este tipo dedispositi#os( considerando fujo esta&"e con unaso"a corriente( se reduce a<

Energ/a interna 0 1u2o de energ/a 3constante

Esto I p"ica 'ue<

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E* E4PE"%MENT) DE )U*E T+)MPS)N

E" proceso de Jou"e4T/o son consiste en e" paso deun gas desde un contenedor a presión constante aotro a presión ta &i%n constante ! enor 8D $ P D i:(a tra#%s de un estrangu"a iento o una paredporosa* E" gas se e,pande adia&)tica pero nore#ersi&"e ente en e" paso de un contenedor aotro( ! se produce una #ariación en su te peratura*+ic/a #ariación depende de "as presiones inicia" !

?na"( ! de" gas uti"i-ado* Est) re"acionada con "ades#iación de" gas de su co porta iento idea" *

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E" proceso de paso de un gas por unestrangu"a iento o pared porosa es irre#ersi&"e*Sin e &argo /a! una agnitud ter odin) ica""a ada ENTKLDIK 'ue es "a is a en "os estadosinicia" ! ?na" para una cierta asa de gas 'ue /apasado por e" estrangu"a iento* La enta"pía H deun siste a se de?ne co o

+ 3 U0P- 567

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ea os e" pro&"e a de encontrar "a re"ación teórica'ue per ita e" c)"cu"o de "a te peratura 'uee,peri enta e" gas en e" proceso deestrangu"a iento* En "a ?gura se es'ue ati-a e" caso

de 0 o" de gas 'ue est) en e" co parti iento de "ai-'uierda a presión constante D i ! tiene un #o"u en8especí?co: # 0* Doco a poco #a pasando a tra#%s de "apared porosa a" "ado derec/o donde se antiene unapresión enor D $ * K" ?na" todo e" gas /a pasado ! e"co parti iento de "a i-'uierda est) #acío*

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Usando e" Dri er Drincipio de Ter odin) ica setiene

U = Q + W

Dero 5* E" tra&ajo reci&ido por e" gas es e"rea"i-ado por e" pistón de "a i-'uierda enos e"reci&ido por e" pistón de "a derec/a( es decir<

W = P

ivi- P

f v

f

Dor "o tanto ∆ U = U f - U i = W = P iv i- P f v f

O &ien( pasando todo "o inicia" a "a i-'uierda de "aigua"dad ! todo "o ?na" a "a derec/a 'ueda<

U i + P iv i = U f + P f v f Es decir H i = H f

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Por lo tanto el !roceso de oule8T9omson es un!roceso irre'ersi(le ue ocurre entre dos !untossituados en la misma isoentál!ica.Dara ca &ios de presión pe'ue os 80 at ós$era es unca &io pe'ue o para este proceso: e" ca &io de

te peratura es<

(con )

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C)E&%C%ENTE DE )U*E8T+)MS)N

Si /ace os H $8D(T:( co o "a enta"pía es una $unción deestado( en un proceso e"e enta" se cu p"e<

En un proceso de Jou"e4T/o son< dH 5 por "o tanto<

Haciendo pasaje de t%r inos e indicando con e" su&índice H'ue en e" proceso "a enta"pía inicia" ! ?na" es "a is a<

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La cantidad ( 'ue representa "a #ariación de "a te peratura con "apresión en un proceso de Jou"e4T/o son( se deno ina Qcoe?cientede Jou"e4T/o sonR ! se "o si &o"i-a con "a "etra * Co o en "aecuación anterior es igua" a C D( nos 'ueda ?na" ente<

Co o H=U + PV "a e,presión puede ta &i%n to ar "a $or a<

ue nos da una ecuación co p"eta ente genera"( ap"ica&"e acua"'uier gas*En e" caso particu"ar de un gas idea"( se cu p"e 'ue<

en consecuencia( co o CD 5 resu"ta 5

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AP*%CAC%)NES P";CT%CAS DE* E&ECT) )U*E 8 T+)MS)N

Duede ser uti"i-ado en e" c)"cu"o de "a enta"pia en unproceso isot%r ico*La e,pansión estrangu"ada puede ser#ir para pro#ocaruna caída de presión sin p%rdida de" contenido ca"orí?co

de" fuido*En procesos de re$rigeración industria"*En procesos de "icuación de gases*