¿Cómo una válvula de estrangulamiento reduce la presión de un fluido? ¿Cómo la restricción del flujo de fluido usando una válvula causa una reducción repentina en la presión y un gran aumento en el volumen? ¿Por qué se reduce la energía interna (una forma microscópica de energía)?

Answer 1

El estrangulamiento es un proceso isentálpico, como has dicho. Para un gas ideal, también es un proceso de temperatura constante, lo que significa que la energía interna NO cambia. La disipación, que aumentaría la temperatura, se compensa con la expansión, que disminuiría la temperatura, y sale a la misma temperatura. Eso es para un gas ideal. El efecto Joule-Thompson es un efecto de gas real, que modifica esto y generalmente enfría un poco el gas durante la expansión. En helio, en realidad calienta el gas. Pero no es un gran efecto a menos que tenga cambios muy grandes en la presión.

El proceso de estrangulamiento es irreversible. En la válvula de mariposa, el flujo se acelera a través de los pequeños pasajes, pero el flujo se separa en los bordes afilados y no se recupera la presión aguas abajo de la válvula como lo haría con un venturi. En cambio, el fluido de alta velocidad se mezcla con el fluido de baja velocidad y todo ese cizallamiento y agitación es lo que causa la disipación. La presión cae porque el flujo se acelera a una velocidad más alta en la constricción, y esa caída de presión se puede calcular usando la ecuación de Bernoulli, pero la presión no aumenta nuevamente después de eso (y la ecuación de Bernoulli ya no es aplicable debido a toda la disipación).

A menos que la presión caiga en una fracción significativa de la presión inicial, el volumen realmente no aumentará mucho. Si la presión cae 2% (de la presión inicial), entonces el volumen aumentará aproximadamente 2%. Esto se debe a que la temperatura es esencialmente constante y PV = nRT.

Ahora, si acelera mucho más que eso y obtiene una caída de presión mucho mayor, definitivamente verá un gran aumento en el volumen. Pero aún así, la temperatura es bastante constante. Entonces, sorprendentemente, U es constante y PV es constante, por lo que la entalpía es la misma. Pero P disminuyó y Vol aumentó y está lejos de ser isentrópico. Si la presión aguas abajo es menor que la presión aguas arriba en un factor mayor que aproximadamente 2, entonces el flujo en la constricción será sónico (Mach = 1). En este caso, obtendrá un aumento significativo en el volumen (disminución en la densidad). Pero sigue siendo la temperatura isentálpica y constante para un gas ideal. Para un gas real, se aplicará JT y generalmente obtendrá un efecto de enfriamiento.

En última instancia, es lo que sea que esté chupando aguas abajo lo que causa la reducción de la presión. No es realmente la válvula, como se sugiere en su pregunta. La válvula causa la disipación, y eso conduce a la reducción de la presión, pero solo hay flujo a través de la válvula cuando hay una diferencia de presión impuesta externamente a través de la válvula. Quizás eso sea solo semántica. El tipo de válvula provoca la caída de presión siempre que haya un flujo a través de ella.

Answer 2

Una válvula de mariposa no es más que una válvula de mariposa montada con un resorte:

Los principios involucrados aquí son:

• Principio de Bernoulli (la velocidad aumenta, la presión cae, viceversa)
• Efecto Joule Thompson (la temperatura disminuye cuando el fluido se fuerza a través de una válvula)
• Efecto Venturi (la presión disminuye cuando se restringe el flujo)
• Ecuación de continuidad (después de todo el fenómeno anterior, la energía se conserva)

1. Como el trabajo no se realiza en el fluido o por él, es un proceso de Isenthalpic.
2. El aire fluye hacia adentro. La masa de aire que entra y sale es la misma.
3. La constricción provoca un vacío, el combustible es aspirado del chorro.
4. La velocidad aumenta (continuidad eqn), la presión disminuye (conservación de la energía mecánica) según el principio de Bernoulli.
5. Esto provoca una caída de la temperatura local (efecto Joule Thompson)
6. Después de todo esto, no hay cambio en la entalpía

La caída de presión viene dada por:

Dónde:

= densidad del fluido y
v2, v1 = velocidades en el lado estrecho y ancho del carbohidrato respectivamente.

Créditos de imagen: Wikicommons

Answer 3

Funcionamiento de dispositivos de regulación

Las válvulas de estrangulamiento son cualquier tipo de dispositivos de restricción de flujo que causan una caída de presión significativa en el fluido. Algunos ejemplos familiares son válvulas ajustables ordinarias, tubos capilares y tapones porosos.

Las válvulas de estrangulamiento suelen ser dispositivos pequeños, y se puede suponer que el flujo a través de ellas es adiabático (q = 0) ya que no hay tiempo suficiente ni área lo suficientemente grande para que tenga lugar una transferencia de calor efectiva. Además, no se realiza ningún trabajo (w = 0), y el cambio en la energía potencial, si lo hay, es muy pequeño (pe = 0). Aunque la velocidad de salida es a menudo considerablemente más alta que la velocidad de entrada, en muchos casos, el aumento de la energía cinética es insignificante (ke = 0). Entonces la ecuación de conservación de energía para este dispositivo de flujo constante de flujo único se reduce a:

Energía interna + energía de flujo = constante

Por lo tanto, el resultado final de un proceso de regulación depende de cuál de las dos cantidades aumenta durante el proceso.

Si la energía del flujo aumenta durante el proceso (P2v2> P1v1), puede hacerlo a expensas de la energía interna. Como resultado, la energía interna disminuye, lo que generalmente se acompaña de una caída de la temperatura.

Si el producto Pv disminuye, la energía interna y la temperatura de un fluido aumentarán durante un proceso de estrangulamiento.

FUENTE-Termodinámica, un enfoque de ingeniería por YA Cengel

Answer 4

Cuando un líquido fluye a través de una tubería pequeña, la presión disminuye en la dirección del flujo debido a la resistencia a la fricción que ofrece la pared. Esta pérdida es mucho mayor en caso de flujo turbulento como puede ser el caso de un dispositivo de estrangulación (tubo capilar). A medida que la presión disminuye, parte del refrigerante líquido se transforma en vapor que absorbe el calor latente de vaporización del refrigerante líquido. Esto provoca una caída de temperatura de la mezcla. Este proceso continúa hasta la salida y obtenemos un vapor húmedo más frío a menor presión.

Answer 5

Piense en una válvula de estrangulamiento como la válvula en una lata de aerosol. A medida que el spray sale de la botella, la energía potencial cambia a un gas que fluye a alta velocidad fuera de la lata. (del potencial a la energía cinética) La presión disminuye al igual que la temperatura.

Answer 6

como todos sabemos, el proceso de estrangulamiento es un proceso de entropía constante (el de los refrigeradores y aires acondicionados)

(fuentes de imagen: bing)

En la imagen de arriba puede ver claramente la marca de flecha (que indica la dirección del flujo de refrigerante) que es la salida de la válvula. Allí el gas se expande y, como resultado, su temperatura disminuye, por lo que obviamente la energía interna debería disminuir.

Como resultado de la disminución de la temperatura, su volumen aumenta y, por lo tanto, la presión disminuye.

gracias…:)

Answer 7

Una válvula de estrangulamiento restringe el área de la sección transversal a través de la cual fluye el fluido, aumentando el suministro o la presión aguas arriba y reduciendo el flujo, lo que resulta en una disminución de la presión y el flujo en la rama no restringida o aguas abajo del sistema. Los medidores de flujo de presión diferencial usan este principio para medir el flujo. La energía se transfiere al fluido corriente abajo desde la fricción a través del orificio de restricción como el calor y la vibración. Este es el principio de que los medidores de flujo ultrasónicos o de flujo de Corriolis no miden el flujo.