Conductividad de gases a alta presion PDF

Preview

Summary

Download Conductividad de gases a alta presion PDF

Description

CONDUCTIVIDAD TERMICA DE GASES A ALTA PRESION

En la figura 10-5 se muestra la conductividad térmica del propano sobre un amplio rango de presiones y temperaturas. El espacio de la alta presión del gas será representado por las curvas en el lado derecho de la grafica sobre la temperatura critica (369.8 K). Incrementando la presión la conductividad térmica se eleva, con la región alrededor del punto critico siendo particularmente sensible. Incrementando la temperatura a bajas presiones resulta en una larga conductividad térmica, pero a alta presión el efecto opuesto es notado. Un comportamiento semejante es mostrado para la región bajo TC, donde κ para líquidos decrece con la temperaturas, en tanto que para gases hay un incremento de κ con T. los efectos de la presión (excepto a muy altas presiones) son pequeñas por debajo de Tc. En la figura 10-5 no se muestra el comportamiento inusual de κ cerca del punto critico. En esta región, la conductividad térmica es totalmente sensible a la temperatura y la presión. La figura 10-6 muestra un grafico de κ para el CO2 cerca del punto crítico. La explicación para este fenómeno no es clara; esto puede ser debido a un ordenamiento de transición molecular o a una pequeña escala de efectos de circulación que resultan de la migración de grupos de moléculas. En cualquier caso cuando trazos generalizados del efecto de la presión en κ son dibujados, esas irregularidades de Tc y Pc usualmente son lisas y no son mostradas.

Correlaciones de exceso de conductividad térmica Algunos investigadores han adoptado las sugerencia de Vargaftik de que el exceso de conductividad térmica, κ - κ°, son correlacionados como función de PVT propiedades del sistema en una manera de estados correspondientes. (Aquí κ° el la conductividad térmica a baja presión del gas a la misma temperatura). En su forma simple κ - κ° = f (ρ)

10-5.1

donde ρ es la densidad del fluido. La correlación ha sido mostrada para ser aplicable a el amoniaco, etano, n- butano, oxido nitroso, etileno, metano, gases biatómicos, hidrogeno, gases inertes y dióxido de carbono. La temperatura y la presión no entran explícitamente, pero sus efectos están incluidos en los parámetros κ° (solo temperatura) y ρ. Stiel y Thodos generalizaron la ecuación 10-5.2 asumiendo que f (ρ) depende solo de Tc, Pc, Vc, M y ρ. Por un análisis dimensional obtuvieron una correlación entre κ - κ°, Zc Γ y ρ. De los datos de 20 substancias no polares, incluyendo gases inertes, gases diatomicos, CO2, e hidrocarburos, establecieron las siguientes expresiones analíticas aproximadas

(κ − κ °) ΓZC5 = 1.22X10-2 [exp (0.535 ρr) - 1] 5 C 5 C

ρr < 0.5

10-5.2

-2

0.5 < ρr < 2.0

10-5.3

-3

2.0 < ρr < 2.8

10-5.4

(κ − κ °) ΓZ = 1.14X10 [exp (0.67 ρr) - 1.069] (κ − κ °) ΓZ = 2.60X10 [exp (1.155 ρr) + 2.016]

Donde κ esta en W/(m·K), Zc, es la compresibilidad critica, y ρr es la densidad reducida ρ / ρc = Vc/V. Las ecuaciones 10-5.2 a la 10-5.4 no deberían ser usadas para substancias polares o para hidrógeno o helio. La precisión en general esta en duda, y errores del ± 10 al 20 por ciento son posibles.

Método de Chung El procedimiento de estimación de baja presión para conductividades térmicas para componentes puros desarrollado por este autor, es modificado para tratar materiales a altas presiones o densidades (o densidades).

κ=

31.2η °ψ −1 G2 + B6 y + qB7 y 2Tr1 2G 2 M'

(

)

10-5.5

donde κ = conductividad térmica, W/(m·K) η° = viscosidad del gas a baja presión, N·s/m2 M’ = peso molecular, kg/mol Ψ = ƒ(Cv, ω, Tr) q = 3.586 X 10-3 (Tc/M’)1/2/ Vc2 3 T = temperatura, K Tc = temperatura critica, K Tr = temperatura reducida, T/Tc Vc = volumen critico, cm3/mol V y= c 6V 1− 0 .5 y G1 = (1 − y) 3

G2 =

( B1 / y ) [1 − exp(− B4 y ) ]+ B2G1 exp(B5 y ) + B3G1 B1 B4 + B2 + B3

Los coeficientes B1 a B7 son funciones del factor acéntrico ω, el momento dipolo reducido µr, y el factor de asociación κ. Algunos valores de κ son mostrados en la tabla 9-1. COMPUESTO Metano Etano n-propano i-propano n-butano i-butano

κ 0.215 0.175 0.143 0.143 0.132 0.132

COMPUESTO n-pentano n-hexano n-heptano Acido acético Agua

κ 0.122 0.114 0.109 0.0916 0.076

Bi = ai + biϖ + ci µr4 + d i κ

10-5.9

con ai,bi,ci y di dadas en la tabla 10-4.

En la ecuación 10-5.5, si V se vuelve larga, i se aproxima a 0. En cualquier caso, G1 y G2 son unidades esenciales y la eq. 10-5.5 reduce la ecuación 10-3.17, la relación para λ a bajas presiones. Para usar la ecuación 10-5.5, debe notarse que la viscosidad η° es para baja presión del gas puro. Valores experimentales pueden ser empleados o η° puede ser estimada por las técnicas dadas en la sección 9.4. la dimensiones de η° son N·s/m2. la conversión de otras unidades de viscosidad es 1 N·s/m2 =10 P = 107 µP. Chung probó la ecuación 10-5.5 con datos de un rango amplio de tipos de hidrocarburos y de datos para gases simples. Desviaciones sobre grandes rangos de presión fueron usualmente menos que 5 a 8 por ciento. Para materiales altamente polares, la correlación para β esta dada por la ecuación 10-3.17 no es precisa y, a la presente no hay una tecnica predictiva para aplicar cuyos componentes sean disponibles....