Calidad de Agua, Aire y Ruido

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UNIVERSIDAD METROPOLITANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA

TERMODINÁMICA II

PROF. MORAIMA AGOSTINI

LICUEFACCIÓN DE GASES

Integrantes:

Alessi, Alessandra

Gómez, Katherine

González, Gabriela

Jaua, Vanesa

Luces, Juan

Caracas, 29 de mayo del 2018

ÍNDICE

Introducción…………………………………………………………………………….3

Licuefacción de gases………………………………………………………………...4

Efecto Joule-Thompson……………………………………………………….4

Ciclos de Licuefacción………………………………………………………...6

Ciclo de Linde-Hampson Simple…………………….......................6

Ciclo de Linde-Hampson Mejorado………………………………….7

Ciclo de Linde-Hampson con ………………………………..7

Refrigeración Previa

Ciclo de Linde-Hampson Dual………………………………..8

Ciclo de Claude………………………………………………………...9

Licuador de Collins…………………………………………………...10

        Proceso de Licuefacción de Gases Naturales……………......................11

de Air Products and Chemicals.

Aplicaciones……………….………………………………………………………….12

        Licuefacción de Gas Natural………………………………………………..12

        Licuefacción de Aire………………………………………………………….12

        Licuefacción del Cloro……………………………………………………….13

        Licuefacción del Helio………………………………………………………..13

Conclusión…………………………………………………………………………….15

Apéndice………………………………………………………………………….….16

Bibliografía…………………………………………………………………………….17

INTRODUCCIÓN

La licuefacción de gases es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia en estado gaseoso pasa al estado líquido por una alta compresión isoterma y disminución de su temperatura mediante una expansión adiabática.

Este fenómeno, descubierto por Faraday en el año 1823, siempre ha sido una parte importante de la refrigeración ya que muchos procesos científicos y de ingeniería a temperatura criogénicas dependen de gases licuados pero no todos se encuentran a las condiciones óptimas.

Una sustancia existe únicamente en fase gaseosa a temperaturas superiores al valor del punto crítico. En el caso del helio, hidrógeno y nitrógeno no existen en forma líquida en condiciones atmosféricas ya que su temperatura es menor a la del punto crítico. Con este trabajo de investigación se busca comprender los distintos ciclos y tipos de licuefacción de gases y cómo sería posible reducir la temperatura de un gas por debajo de su valor de punto crítico para licuar dicho gas y poder utilizarlo en las diversas áreas industriales.

LICUEFACCIÓN DE GASES

Licuación o licuefacción es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado gaseoso al líquido. El proceso ocurre por la acción de la temperatura y el aumento de la presión, que permite llegar a una sobrepresión elevada. Esto diferencia a la licuación de la condensación, que ocurre cuando una sustancia cambio de estado pasando del vapor al líquido, por la disminución de la temperatura.

La principal finalidad de la licuefacción es reducir el espacio de almacenamiento y los costos de transporte, la producción de temperatura bajas para procesos especiales y la separación de mezclas gaseosas en sus componentes puros por destilación fraccionada de su mezcla líquida

Efecto Joule-Thomson

Todo proceso de licuefacción se comporta como el clásico método de cascada el cual consta de varios ciclos de compresión, refrigeración, expansión del gas ,y a través de una válvula en que se produce el efecto Joule-Thomson.

        El efecto Joule-Thomson fue descrito por James Prescott Joule y William Thomson, es el proceso en el cual la temperatura de un sistema disminuye o aumenta al permitir que el sistema se expanda libremente manteniendo la entalpía constante. Fue descrito por medio de un experimento el cual consiste en un gas que se somete a un proceso continuo de estrangulación. Por medio de una bomba se mantiene una presión constante en uno de los extremos del tapón poroso, y otra presión, también constante pero más baja, en el otro extremo. En los experimentos originales se utilizó un tapón de algodón.  

        Con base en este experimento, Joule y Thomson confirman que un flujo de gas a través de una restricción experimenta un descenso de temperatura junto con una caída de presión, a esto se le denominó Coeficiente Joule-Kelvin. Gráficamente es el valor numérico de la pendiente en un punto cualquiera de una curva isentálpica (todos los estados del gas correspondientes a una entalpía constante), por lo tanto todos los puntos donde el coeficiente Joule-Kelvin es nulo se le denomina Curva de Inversión. La región situada dentro de la curva de inversión donde el coeficiente es positivo, es la región de enfriamiento, mientras que la región exterior en donde el coeficiente es negativo es la de calentamiento.  

Figura 1                                                                                  Figura 2[pic 2][pic 3][pic 4]

Figura 4[pic 5]

Figura 3

Ciclos De Licuefacción

• Ciclo Simple de Linde-Hampson (expansión Isoentálpica)

Este ciclo termodinámico incluye:

1. Compresor con sistema refrigerante.
2. Intercambiador de calor.
3. Válvula de estrangulación.
4. Depósito para gas licuado.

                    Figura 5[pic 6]

El proceso es el siguiente:

1-2 El gas entra al sistema, se le aplica trabajo y se le extrae calor; luego de pasar por el compresor, el gas se encuentra comprimido y a temperatura ambiente.

2-3 El gas pasa por un intercambiador de calor donde se enfría.

3-4 El gas frío y comprimido se expande a través de la válvula hasta la presión ambiente. El gas se enfría aún más debido al efecto Joule-Thomson.

4-5 Parte del gas entra en estado líquido saturado y se extrae.

5-6 El gas frío que no ha sido licuado se manda al intercambiador de calor situado antes de la válvula y después se añade a la corriente de aporte que entra al compresor.

        La desventaja del ciclo Linde-Hampton se debe al bajo rendimiento en el proceso de estrangulación.

• Ciclo de Linde-Hampson Mejorados (expansión Isoentálpica)

• Sistema de Linde-Hampson con Enfriamiento Previo.

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La parte explicada posteriormente es lo resaltado en negro (parte superior) La sección inferior punteada es la misma explicada en el punto anterior.

Figura 6

Para que el efecto Joule-Thomson produzca enfriamiento, la temperatura del gas ha de ser inferior a la máxima temperatura de inversión. Para muchos gases, la temperatura ambiente está ya por debajo de la máxima temperatura de inversión, de modo que no precisa de enfriamiento previo. Sin embargo, existen otros gases como el Hidrógeno, Helio, Oxígeno, entre otros necesitan ser enfriados previamente.

        Una vez que el gas ha sido enfriado por debajo de la máxima temperatura de inversión, la presión óptima para iniciar el proceso de estrangulación corresponde a la de un punto sobre la curva de inversión. Partiendo de esa presión y terminando a la presión atmosférica, se produce el máximo descenso de temperatura. Sin embargo, este no es suficientemente grande para producir la licuación. En consecuencia, el gas que ha sido enfriado por el proceso de estrangulamiento se utiliza para enfriar el gas que entra y que, después de experimentar el mismo proceso, queda aún más frío. Al cabo de muchas repeticiones de estos enfriamientos sucesivos, la temperatura del gas ha descendido de tal forma que, tras un nuevo proceso de estrangulamiento, se licua parcialmente. El dispositivo utilizado para este fin es un intercambiador de calor por contracorriente.

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