Un turboexpansor, también referido como un turbo-expansor o una turbina de expansión, expansión, es una turbina de ujo centrífugo o axial a través del cual se expande un gas de alta presión para producir trabajo que se utiliza a menudo para conducir un compresor. ado que el trabajo se extrae del gas de alta presión de expansión, la expansión es aproximada por un proceso isentrópico ! el gas de escape de baja presión de la turbina est" a una temperatura mu! baja, -#$% & o menos dependiendo de la presión de funcionamiento ! las propiedades del gas. 'icuefacción parcial del gas expandido no es infrecuente. (urboexpans (urboexpansores ores se utiliza utiliza ampliamente ampliamente como fuente de refrigeración refrigeración de de procesos industriales, tales como la extracción de etano ! líquidos de gas natural a partir del gas natural, la licuefacción de los gases ! otros procesos de baja temperatura. (urboexpans (urboexpansores ores actualmente actualmente en el rango rango de operación operación en tama)o tama)o desde aproximadamente *$% + a aproximadamente *,$ +. plicaciones unque turboexpansores se utilizan mu! comnmente en los procesos de baja temperatura, que se utilizan en muc/as otras aplicaciones también. 0n esta sección se discute uno de los procesos de baja temperatura, así como algunas de las otras aplicaciones. aplicaciones. 0xtracción de /idrocarburos líquidos a partir de gas natural 1as natural crudo se compone principalmente de metano, la molécula m"s corta ! m"s ligera de /idrocarburos, así como diversas cantidades de gases de /idrocarburos m"s pesados, tales como etano, propano, butano normal, isobutano, pentano e /idrocarburos incluso de ma!or peso molecular. 0l gas crudo también contiene diversas cantidades de gases "cidos tales como dióxido de carbono, sulfuro de /idrógeno ! mercaptanos, tales como metanotiol ! etanotiol. &uando se procesan en terminado subproductos, estos /idrocarburos m"s pesados se denominan colectivamente colectivamente como 21'. 'a extracción de la 21' a menudo implica un turboexpansor ! una columna de destilación a baja temperatura como se muestra en la 3igura 4 - 0l gas de entrada al desmetanizador primero se enfría a aproximadamente -$# & en un intercambiador de calor que se condensa parcialmente el gas de entrada. 'a mezcla de gas-líquido resultante se separa en una corriente de gas ! una corriente líquida. 'a corriente de líquido a partir de los ujos de separador de gas-líquido a través de una v"lvula ! se somete a una expansión de estrangulamiento de
una presión absoluta de 54 bar a 4# bar, que es un proceso isoent"lpica que resulta en la reducción de la temperatura de la corriente de alrededor de -$# & a aproximadamente -6# & como la corriente entra en el desmetanizador. 'a corriente de gas desde el separador de gas-líquido entra en la turbina de expansión donde se somete a una expansión isoentrópica de una presión absoluta de 54 bar a 4# bar que baja la temperatura de la corriente de gas de alrededor de -$# & a aproximadamente -7# & a medida que entra la desmetanizadora a servir como reujo destilación. 'íquido de la bandeja superior de la desmetanizadora se enruta a través de la caja fría donde se calienta a aproximadamente % 8 & medida que se enfría el gas de entrada, ! se devuelve a continuación a la sección inferior de la desmetanizadora. 9tra corriente de líquido desde la sección inferior de la desmetanizadora se enruta a través de la caja fría ! se devuelve al desmetanizador en alrededor de #4 &. 0n efecto, la entrada de gas proporciona el calor necesario para :calentar la: la parte inferior de la desmetanizadora ! el turboexpansor elimina la el calor necesario para proporcionar reujo en la parte superior del desmetanizador. 0l producto de gas de cabeza del desmetanizador alrededor de -7% & se procesa gas natural que es de una calidad adecuada para su distribución a los consumidores ;nales por gasoducto. gua caliente geotérmica 'os gases de escape de los motores de combustión interna quema de una gran variedad de combustibles Una variedad de fuentes de calor de residuos
?aciendo referencia a la 3igura =, el uido de trabajo que circula se bombea a una presión alta ! luego vaporizado en el evaporador por intercambio de calor con la fuente de calor disponible. 0l vapor de alta presión resultante u!e a la turbina de expansión donde se somete a una expansión isoentrópica ! sale como una mezcla de vapor-líquido que se condensa a continuación en un líquido por intercambio de calor con el medio de enfriamiento disponible. 0l líquido condensado se bombea de vuelta al evaporador para completar el ciclo. 0l sistema en la 3igura = es un ciclo de @anAine como se utiliza en centrales eléctricas de combustibles fósiles, donde el agua es el uido de trabajo ! la fuente de calor se deriva de la combustión de gas natural, aceite combustible o carbón utilizado para generar vapor de alta presión. 0l vapor de alta presión a continuación, se somete a una expansión isentrópica en una turbina de vapor convencional. 'a turbina de vapor de escape de vapor se condensa en agua próxima líquido que se bombea de nuevo al generador de vapor para completar el ciclo. &uando se utiliza un uido de trabajo org"nico tal como el @-#=Ba en el ciclo de @anAine, el ciclo se re;ere a veces como un ciclo de @anAine org"nico. &lorodiuorometano conocido como @-44, con un punto de ebullición normal de -B* & #,#,#,4-tetrauoroetano conocido como @-#=Ba, con un punto de ebullición normal de -45 &. &omo se muestra en la 3igura B, vapor de refrigerante se comprime a una presión m"s alta que resulta en una temperatura m"s alta también. 0l calor, el vapor comprimido se condensa entonces en un líquido. 0l condensador es donde el calor es expulsado del refrigerante que circula ! se deja llevar por cualquier medio de refrigeración se utiliza en el condensador.
0l líquido refrigerante u!e a través del turboexpansor donde se vaporiza ! el vapor se somete a una expansión isoentrópica que se traduce en una mezcla de baja temperatura de vapor ! líquido. 'a mezcla de vapor-líquido se encamina entonces a través del evaporador donde se vaporiza por el calor absorbido desde el espacio que est" siendo enfriado. 0l refrigerante vaporizado u!e a la entrada del compresor para completar el ciclo. 'a recuperación de energía en el craqueo catalítico uido 0l gas de combustión de la combustión de un regenerador de catalizador de craqueo catalítico uido est" a una temperatura de aproximadamente *#$ & ! a una presión de aproximadamente 4,B barg.
'a 3igura $ muestra cómo se recupera la energía ! de enrutamiento utilizada por el gas de combustión del regenerador a través de un turboexpansor. espués de las salidas de gases de combustión del regenerador, que se enruta a través de un separador de catalizador secundario que contiene tubos de remolino dise)ados para eliminar *% a 7% por ciento de los ;nos de catalizador residuales. 0sto es necesario para evitar da)os a la erosión de la turboexpansor. &omo se muestra en la 3igura $, la expansión de los gases de combustión a través de un turboexpansor proporciona su;ciente potencia para accionar el compresor de aire de combustión del regenerador. 0l motor-generador eléctrico en el sistema de recuperación de energía puede consumir o producir energía eléctrica.
0l gas de combustión de la caldera de &9 se procesa a través de un precipitador electrost"tico para eliminar la materia particulada residual. 0l 0
0n #7=7, el físico ruso D!otr Iapitsa perfeccionó el dise)o de centrífuga turboexpansores.
(urboexpansores se puede clasi;car por la carga de dispositivo o cojinetes. (res dispositivos de carga principales utilizados en turboexpansores son compresores centrífugos, generadores eléctricos o frenos /idr"ulicos. &on los compresores centrífugos ! los generadores eléctricos de la potencia en el eje de la turbina de expansión se recupera !a sea para volver a comprimir el gas de proceso o para generar energía eléctrica la reducción de facturas de servicios pblicos. 3renos /idr"ulicos se utilizan cuando el turboexpansor es mu! peque)a ! la cosec/a de la potencia en el eje no es económicamente justi;cable. 'os rodamientos utilizados son o bien los rodamientos de aceite o cojinetes magnéticos.