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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