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Apunte de Tecnología: Proceso de estrangulación. Efecto de Joule Thomson. Válvulas de estrangulamiento.

ESTRANGULAMIENTO DE FLUIDOS

Proceso De Estrangulación

Cuando un fluido se expande desde una región de alta presión hasta otra de baja presión generalmente se hace trabajo, o se producen cambios en la energía potencial y cinética. Cuando no ocurren tales efectos se dice entonces que el proceso es de estrangulamiento. Por lo general se realiza mediante válvulas que estrangulan el fluido, pues este al adquirir una velocidad alta se disipa en turbulencia, o pueden reducirse a cero mediante la correcta selección del tubo.

El proceso de estrangulamiento obedece a la ecuación denominada expansión de Joule-Thomson:

h₁ = h₂

Efecto De Joule Thomson

Las investigaciones realizadas por James Prescott Joule y Lord Kelvin demostraron que la temperatura de un gas se reduce cuando se somete a una estrangulación, esto no es universalmente valido para todos los gases.

Para cada gas, hay valores diferentes de presión y temperatura en los que no se produce cambio de temperatura durante una expansión de Joule - Thomson. Esta temperatura recibe el nombre de temperatura de inversión. Por debajo de ésta el gas se enfría durante la estrangulación, mientras que por arriba de esta el gas sufre un aumento en su temperatura.

En si el efecto principal del proceso de estrangulamiento es el de lograr una caída significativa de la presión sin que halla ninguna interacción del trabajo ni tampoco que halla cambios en la energía cinética y potencial.

Válvulas De Estrangulamiento

Una válvula de estrangulamiento es simplemente una restricción al flujo, si bien se reduce la presión, no realiza trabajo y por lo general la transferencia de calor es pequeña. Si se elige el volumen de control lo suficientemente alejado de dicha restricción, el cambio de energía cinética resulta pequeño.

La selección de la válvula adecuada para una aplicación se facilita si primero se estudian los cuatro tipos básicos de válvulas de control de estrangulación: válvulas de globo con jaula, válvulas de bola, de disco excéntrico y de mariposa.

Las válvulas de bola han sido casi de uso universal, pero la válvula moderna con jaula ha desplazado casi por completo a la de globo con guías superior e inferior y con orificio sencillo o doble, se destacan por su facilidad de cambiar de guarnición, que son el macho, jaula y anillo de asiento separado.

La válvula de globo, disponible en tamaños de hasta 16 pulg. se fabrica con la mayor parte de aleaciones que se puedan vaciar.

Tiene ciertas limitaciones:

1) en su tamaño general a 16 pulg.

2) menor capacidad comparada con una válvula de vástago visible de igual tamaño.

3) mayor costo en especial la de tamaños grandes.

Hay diversos tipos de válvulas de bola para estrangulación. Además de la bola estándar las hay unas que emplean bola parcial. En otro diseco que es una combinación de válvula de bola con una de mariposa de alto rendimiento, un disco gira desde la posición cerrada hasta una en la que se descubre el conducto para el flujo.

Las válvulas de bola se denominan de alta recuperación lo cual significa que la presión en la salida se recupera hasta un valor cercano del de entrada, requieren menor caída de presión para permitir un mayor volumen de flujo.

Otro tipo de válvula es el de mariposa de alto rendimiento que tiene un disco con su eje descentrado desde la línea de centros de la válvula; con ello se tiene movimiento excéntrico del disco cuando abre o cierra la válvula. Una característica importante es que el disco solo hace contacto con el asiento en unos cuantos grados de rotación durante el cierre, esto reduce el gasto del sello y evita su deformación permanente, además como el sello no tiene rozamiento durante la estrangulación hay baja fricción y requiere menor torsión para su accionamiento. La válvula de mariposa de disco excéntrico igual que la de bola, tiene asientos de elastómero o de metal.