INSTRUMENTACION Y AUT.

INSTRUMENTACION Y AUT.

1. INTRODUCCION:El proceso de Joule-Thomson consiste en el paso de un gas desde un contenedor a presin constante a otro a presin tambin constante y menor (Pf < Pi), a travs de un estrangulamiento o una pared porosa. El gas se expande adiabtica pero no reversiblemente en el paso de un contenedor a otro, y se produce una variacin en su temperatura. Dicha variacin depende de las presiones inicial y final, y del gas utilizado. Est relacionada con la desviacin del gas de su comportamiento ideal.Unturbo expansor, tambin referido como unturbo-expansoro unturbina de expansin, es un flujo centrfugo o axialde la turbinaa travs del cual una altapresin degasse expande para producir trabajo que se utiliza a menudo para conducir un compresor. Los turbo expansores son muy ampliamente utilizados como fuentes derefrigeracinen los procesos industriales tales como la extraccin deetanoylquidos de gas natural(LGN) a partir degas natural,lalicuefaccin de los gases (tales como oxgeno, nitrgeno, helio, argn y criptn) y otros procesos de baja temperatura.2. OBJETIVO: Realizar las investigaciones necesarias para satisfacer nuestras necesidades y poco conocimiento sobre la vlvula de expansin Joule Thompson y el turbo expansor; indagando distintos apuntes, pginas web, libros y dems fuentes de investigacin.3. DESARROLLO:3.1. VALVULA DE EXPANSION JOULE-THOMPSON:Es un tipo dedispositivo de expansin, (un elemento de las mquinas frigorficas por compresin) en el cual la expansin es regulable manual o automticamente.Tipos: Manual; en la que la regulacin se realiza mediante untornillo. En este tipo devlvulasel sobrecalentamiento no depende de la temperatura deevaporacindel refrigerante en su estadogaseoso, sino que es fijo. Termosttica; denominadaVETo TXV, la cual acta por medio de un elemento de expansin controlado por unbulbo sensor, el cual regula el flujo del refrigerante lquido a travs del orificio de la VET Termosttica con compensacin de presin externa; denominadaVETX, es una derivacin de la VET para equipos medianos o grandes o que trabajen a altaspresionesy variaciones decarga trmica. Adems estas deben ser utilizadas en sistemas donde el evaporador tiene varios circuitos, y/o est acoplado a undistribuidor de refrigerante. Electrnica o electromecnica; trabaja mediante un control electrnico, en el cual sensores de temperatura envan seales a unCI(circuito integrado) y ste mediante esos datos mantiene un sobrecalentamiento dentro de los parmetros permitidos para el funcionamiento del equipo. Automtica; la que mantiene una presin constante en elevaporador inundadoalimentando una mayor o menor cantidad de flujo a la superficie del evaporador, en respuesta a los cambios decarga trmicaque se tengan en el mismo.Efecto Joule-Thompson:Elefecto de Joule-Thomsonoefecto Joule-Kelvin, es el proceso en el cual la temperatura de un sistema disminuye o aumenta al permitir que el sistema se expanda libremente manteniendo laentalpaconstante.La relacin entre temperatura, presin y volumen de ungasse puede describir de una forma sencilla gracias a lasleyes de los gases. Cuando el volumen aumenta durante un proceso irreversible, las leyes de los gases no pueden determinar por si solas qu ocurre con la temperatura y presin del gas. En general, cuando un gas se expande adiabticamente, la temperatura puede aumentar o disminuir, dependiendo de la presin y temperatura inicial. Para una presin constante (fijada previamente), un gas tendr unatemperatura de inversin de Joule-Thomson (Kelvin), sobre la cual al expandirse el gas causa un aumento de temperatura, y por debajo, la expansin del gas causa un enfriamiento. En la mayora de los gases, a presin atmosfrica esta temperatura es bastante alta, mucho mayor que la temperatura ambiental, y por ello la mayora de los gases se enfran al expandirse. El incremento de temperatura (T) con respecto al incremento de presin (P) es el coeficiente de Joule-Thomson.

Esta expresin se puede encontrar tambin escrita de la siguiente forma:

El valor dedepende del gas especfico, tanto como la temperatura y la presin del gas antes de la expansin o compresin. Para gases reales esto ser igual a cero en un mismo punto llamadopunto de inversinyla temperatura de inversin Joule-Thomsones aquella donde el signo del coeficiente cambia.Proceso de Joule-Thompson:El proceso de paso de un gas por un estrangulamiento o pared porosa es irreversible. Sin embargo hay una magnitud termodinmica llamada ENTALPIA que es la misma en los estados inicial y final para una cierta masa de gas que ha pasado por el estrangulamiento. La entalpa H de un sistema que se define como:H = U+PVEn la siguiente figura se esquematiza el caso de 1 mol de gas que est en el compartimiento de la izquierda a presin constante Pi y tiene un volumen (especfico) v1. Poco a poco va pasando a travs de la pared porosa al lado derecho donde se mantiene una presin menor Pf. Al final todo el gas ha pasado y el compartimiento de la izquierda est vaco.

Aplicacin:Cada tipo de vlvula tiene aplicaciones especficas, por ejemplo, SPORLAN, utiliza varias letras para discernir la utilizacin de cada vlvula, bien sea para alta o baja temperatura. En los sistemas de refrigeracin se considera que la vlvula de expansin es el cerebro del equipo pues mantiene condiciones de sobrecalentamiento til y total para el buen funcionamiento del sistema.3.2. TURBO EXPANSOR:El posible uso de una mquina de expansin para crear isotrpicamente bajas temperaturas fue sugerido porCarl Wilhelm Siemens, unalemningeniero en 1857. Cerca de tres dcadas ms tarde, en 1885, Ernest Solvay deBlgicaintentado utilizar una mquina de expansin de movimiento alternativo, de ser eficaz no alcanzar cualquier temperatura inferior a -98 C debido a problemas con la lubricacin de la mquina a tales temperaturas.

Diagrama esquemtico de un turbo expansor accionar un compresorDado que el trabajo se extrae del gas de alta presin de expansin, la expansin se aproxima por un proceso isotrpico (es decir, una constante deentropa) y el gas de escape de baja presin de la turbina est a una muy bajatemperatura, 150 C o menos dependiendo de las propiedades de presin y gas que operan.Los turbo expansores actualmente operan en un rango de aproximadamente 750Wa 7,5 MW (1hpa 10.000 hp).Tipos:Los turbo expansores se pueden clasificar segn el dispositivo de carga o cojinetes.Tres dispositivos de carga principales utilizados en turbo expansores soncompresores centrfugos, generadores elctricos o los frenos hidrulicos.Con los compresores centrfugos y los generadores elctricos de la potencia en el eje de la turbo expansor se recupera ya sea volver a comprimir el gas de proceso o para generar energa elctrica la reduccin de facturas de servicios pblicos.Frenos hidrulicos se utilizan cuando el turbo expansor es muy pequeo y la cosecha de la potencia en el eje no es econmicamente justificable.Rodamientos utilizados son cojinetes de aceite ocojinetes magnticos.Aplicacin:Aunque los turbo expansores se utilizan muy comnmente en los procesos de baja temperatura, que se utilizan en muchas otras aplicaciones tambin.Esta seccin discute, as como uno de los procesos de baja temperatura algunas de las otras aplicaciones.La extraccin de hidrocarburos lquidos a partir de gas natural

Un diagrama esquemtico de un desmetanizador, la extraccin de lquidos de hidrocarburos a partir de gas natural.La generacin de energa

Esquema del sistema de generacin de energa utilizando un turbo expansorEl sistema de refrigeracin

Diagrama esquemtico de un sistema de refrigeracin que utiliza un turbo expansor, compresor y un motor.La recuperacin de energa en craqueo cataltico fluido

Un diagrama esquemtico del sistema de recuperacin de energa en una unidad de craqueo cataltico fluido4. CONCLUSIONES:

El coeficiente de Joule-Thompson es positivo para todos los gases a temperaturas menores o iguales a la temperatura ambiente,excepto para el hidrgeno y el helio.Esto quiere decir,que la mayora de los gases se enfran cuando se expanden adiabticamente.Entre mayor sea la diferencia de presiones, mayor ser la cada de temperatura. Los turbo expansores son muy ampliamente utilizados como fuentes derefrigeracinen los procesos industriales tales como la extraccin deetanoylquidos de gas natural(LGN) a partir degas natural,lalicuefaccin de los gases (tales como oxgeno, nitrgeno, helio, argn y criptn) y otros procesos de baja temperatura.

5. BIBLIOGRAFIA:

Zemansky, M.W. (1968). Heat and Thermodynamics, McGraw-Hill., p.182, 335 Schroeder, Daniel V. (2000). Thermal Physics, Addison Wesley Longman., p.142 Heinz Bloch y Claire Soares (2001).Turbo expansores y tramitar las solicitudes.Golfo Professional Publishing.ISBN 0-88415-509-9 Frank G. Kerry (2007)Gas industrial Manual: Separacin de Gas y Purificacin.CRC Press.ISBN0-8493-9005-2 Flynn (2004).Criogenia Ingeniera(Segunda edicin ed.).CRC Press.ISBN0-8247-5367-4 Procesos Gas 2002, el procesamiento de hidrocarburos, pginas 83 a 84, mayo de 2002 (diagramas de flujo esquemtico y descripcin de los procesos de LGN-Pro y LGN de recuperacin) https://simulacionprocesos.wikispaces.com/V%C3%A1lvulas#x-Valvulas%20especiales-V%C3%A1lvula%20de%20Joule-%20Thompson

7mo SEMESTREIng. Roger Alexandro Huanca Chambi