Proceso Linde (Modificado) El aire además de ser un comburente por excelencia, puede ser aprovechado de otra manera ya que sus componentes se pueden separar, así como también, combinar. La separación lleva a la obtención de O 2, N2 y Argón, principalmente. La combinación lleva a la síntesis de NO, que es materia prima para la obtención de ácido nítrico y nitratos. [1] Para la separación del aire, este debe ser llevado a un estado líquido en el cual puede ser destilado, para obtener corrientes ricas en O 2, N2 y Argón. Para ello, uno de los métodos que se usa industrialmente es el Proceso Linde, el cual será explicado a continuación. En la fig. 1 y 2, 2, se puede observar el proceso Linde completo. Se alimenta aire a condiciones condiciones normales (25°C y 1atm) al compresor en la etapa 1-2, 1-2, produciéndose una compresión isotérmica. Para lograr esta compresión isotérmica es necesario realizar trabajo sobre el sistema. Según la 1er Ley de la Termodinámica: U = Q – W, en donde U=0, ya que el proceso es isotérmico. Entonces: Q = W Se sabe que (a) dW = PdV y (b) P= RT/V Y que proceso Isotérmico (c)P 1V1 = P2V2 Reemplazando (b) en (a)
dW = (RT/V) dV
Diagrama Proceso
W = RTln(V2/V1); ahora se incluye (c)
Linde
W = -RTln(P2 /P1)
Fig. 1
Por lo que se deduce que el trabajo es negativo (se negativo (se realiza sobre el sistema).
Elaboración propia
En la etapa 2-3 ocurre una pre-refrigeración, motivo por el cual este proceso se denomina Proceso Linde Modificado. La razón es porque se desea enfriar el aire comprimido antes de su expansión isoentálpica, ya que a temperaturas de -40°C son más pendientes las curvas isoentálpicas, que las correspondientes a las temperaturas ordinarias. Este preenfriamiento le da al proceso un aumento de 40% en su eficiencia. En la etapa 3-4 3-4 se continúa con el enfriamiento hasta unos 179K. Este se puede demostrar debido a que, según la primera ley de la termodinámica U = Q – W, en donde W=0 ya que el flujo es presión constante. Entonces Q = W y además U = Q = mCp (T 2 – T1), se sabe que T 2 < T1. Finalmente se concluye U < 0, lo que se observa macroscópicamente en el enfriamiento del gas, el cual es logrado con un intercambiador de calor. Este aprovecha el frio del aire no licuado. El calor liberado es reutilizado para calentar el aire no licuado de la etapa 78.
En la etapa 4-5 se utiliza una válvula de Fig. 2 Diagrama TS del proceso Linde estrangulamiento que genera una expansión T=25°C isoentálpica. Este proceso se realiza con la llave de la válvula poco abierta y sin producir trabajo exterior. Esta expansión requiere de una energía, la que H: cte proviene de la energía Líquido interna del sistema, la cual disminuye y esta se ve P = 1atm reflejada en el descenso de Zona L-V la temperatura (hasta 80K). Durante esta etapa el fluido Elaboración propia entra en un equilibrio termodinámico líquido-vapor. La etapa finaliza cuando la presión es igual a la atmosférica. En la etapa 5-6 el fluido en equilibrio termodinámico líquido-vapor ingresa a un separador Flash, en donde el aire licuado es separado como producto del proceso 6. En la etapa 5-7 el aire que no ha sido licuado es enviado al tope en la separación Flash. Se observa un aumento en la entropía debido a que en el separador solo se está quedando aire no licuado 7. En la etapa 7-8 la corriente de aire no licuada se calienta debido al calor acumulado por el intercambiador de calor mencionado en la etapa 3-4, produciendo así un calentamiento isobárico hasta llegar a las condiciones iniciales de presión y temperatura de alimentación. Esto con el fin de recircular esta corriente a través del flujo 8 y continuar con el proceso.
Comentario El proceso Linde Modificado ofrece un aumento en el rendimiento de 40%, el cual se genera por el pre-enfriamiento que se realiza en el fluido. E ste es con el fin de obtener un mayor descenso en la temperatura del fluido. Existe otra modificación al proceso, el cual consiste en un doble ciclo de expansión, sin embargo, es contraproducente debido a que en la ejecución práctica se forma aire líquido en el expansor creando dificultades mecánicas y pérdidas. Es de suma importancia saber que existen mejoras en este proceso, como la que es la del Proceso Claude, en la que se asume una expansión pseudoentrópica, en vez que una expansión isoentrópica.
Bibliografía [1] Miguel Katz, Materiales y materias primas, Aire cap. 2, pág 12 Alvarez Gutierrez, Sofía Amalia Fuentes Videira, Cristhian André Saavedra Casco, Yesenia Luz Yagua Farfán, Emily Lucero