PROCESOS QUIMICOS INDUSTRIALES UNIDAD N° 2: GASES IDEALES Y NO IDEALES

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11.- Los valores del coeficiente de Joule – Thomson (μJT) para el aire a temperaturas cercanas a 25 °C y presiones en el intervalo de 0 a 50 bar son razonablemente próximos a 0.2 °C/bar. Estime la temperatura final del gas si está a 25 °C y 50 bar y experimenta una expansión Joule – Thomson hasta una presión final de 1 bar.

Respuesta: 15.2 °C

12.- Para cada uno de los siguientes casos, estime el valor de la temperatura final y del coeficiente de Joule – Thomson cuando los fluidos sufren la correspondiente expansión isoentálpica a través de una válvula (utilice las correspondientes tablas termodinámicas):

- Agua de 300 °C y 800 kPa hasta 200 kPa

- Amoníaco de 32 °C y 1.5 MPa hasta 268 kPa

- Metano de 300 K y 3 MPa hasta 100 kPa

- Refrigerante 134a de líquido saturado a 0.8 MPa hasta 0.12 MPa

Respuesta: a) T2 = 292.4 °C, μJT = 0.0127 °C/kPa b) T2

= -12 °C, μJT = 0.0357 °C/kPa

c) T2 = 286.8 K, μJT = 0.0046 °C/kPa d) T2

= -22.3 °C, μJT = 0.0789 °C/kPa

13.- El coeficiente de Joule – Thomson se puede definir también a partir de una ecuación que

relacione el comportamiento P-v-T del fluido con su capacidad térmica específica así:

= −1 ∙ � − ∙ � � �

donde: = � ℎ�

Utilizando los datos de las respectivas tablas termodinámicas estime el valor del coeficiente de

Joule – Thomson para cada uno de los siguientes casos:

a) Refrigerante 134a a 200 kPa y 20 °C

b) Agua a 60 bar y 320 °C

c) Refrigerante 12 (Freón 12: CCl2F2) a 12 bar y 80 °C

JT

Respuesta: a) μJT = 0.02 °C/kPa b) JT∙ � �

Advertencia: al realizar el producto

la temperatura T debe estar en [K] !!!

μ

= 0.69 °C/bar c) μ

= 1.23 °C/bar

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14.- El comportamiento P-v-T de un gas obedece la siguiente ecuación de estado:

( − ) =

donde es una constante positiva. Determine el coeficiente de Joule – Thomson utilizando la definición del problema 13 y explique si este gas se puede enfriar al expandirlo adiabáticamente con una válvula.

Respuesta: μJT = -b/Cp es siempre negativo, entonces no se puede enfriar al expandir.

15.- El coeficiente de Joule – Thomson para el nitrógeno a 40 bar y -73 °C vale

aproximadamente 0.4 °C/bar. Determine el valor del Cp en [J/mol °C] utilizando la definición

del problema 13, sabiendo que el comportamiento P-v-T del nitrógeno∙

se puede modelar de

acuerdo a la siguiente ecuación de estado:

= 39.5 −

=+

[ ]

−

2

� �

donde:

1∙104

1.084∙106

3

Respuesta: Cp = 9.38 J/mol∙°C

16.- Una ecuación de estado aceptable para el helio gaseoso es la siguiente:

=−

+

Se conoce además que:

= 386.7

∙

3

y

= 15.29

donde:

2

3

= ° − � ∙ �

2�

Se le pide lo siguiente:

0

a) Calcular el coeficiente de Joule – Thomson utilizando la definición del problema 13 para una temperatura de 15 K.

b) Hallar la temperatura de inversión en [K].

c) Estimar la temperatura alcanzada en un proceso de expansión adiabática de 25 bar y 15 K hasta 1 bar.

Datos del He: Tc = 5.2 K, Pc = 2∙.3 bar, PM = 4.003 kg/kmol

Cp° = 5.19 kJ/kg K (como gas ideal a 1 atm y 25 K) Respuesta: a) μJT = 0.00175 K/kPa b) 50.58 K c) 10.8 K

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17.- A continuación se presentan los datos deμ JT vs. T para el helio a 200 atm (para valores inferiores a esa presión ocurre muy poco cambio del μJT con respecto a la misma):

[pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12]

T [K]

160

180

200

220

240

260