Ciclo de Hampson-Linde

El ciclo Hampson-Linde es un proceso para la licuefacción de gases , especialmente para la separación de aire . William Hampson y Carl von Linde solicitaron patentes del ciclo de forma independiente en 1895: Hampson el 23 de mayo de 1895 y Linde el 5 de junio de 1895. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

El ciclo Hampson-Linde introdujo el enfriamiento regenerativo , un sistema de enfriamiento de retroalimentación positiva. ^{[ 5 ]} La disposición del intercambiador de calor permite una diferencia de temperatura absoluta (p. ej.(Enfriamiento J–T de 0,27  °C/atm para el aire) para ir más allá de una sola etapa de enfriamiento y puede alcanzar las bajas temperaturas necesarias para licuar gases "fijos".

El ciclo Hampson-Linde se diferencia del ciclo Siemens únicamente en la etapa de expansión. Mientras que en el ciclo Siemens el gas realiza trabajo externo para reducir su temperatura, el ciclo Hampson-Linde se basa exclusivamente en el efecto Joule-Thomson ; esto tiene la ventaja de que el lado frío del aparato de refrigeración no necesita partes móviles. ^{[ 1 ]}

El ciclo de enfriamiento se desarrolla en varias etapas:

1. El gas se comprime, lo que le añade energía externa para que pueda completar el ciclo. La patente estadounidense de Linde ofrece un ejemplo con una presión en el lado de baja de 25 atmósferas estándar (370 psi; 25 bar) y una presión en el lado de alta de 75 atmósferas estándar (1100 psi; 76 bar) .    
2. El gas a alta presión se enfría sumergiéndolo en un ambiente más frío; el gas pierde parte de su energía (calor). El ejemplo de patente de Linde muestra una solución salina a 10 °C.
3. El gas a alta presión se enfría aún más mediante un intercambiador de calor a contracorriente ; el gas más frío que sale de la última etapa enfría el gas que entra en la última etapa.
4. El gas se enfría aún más haciéndolo pasar a través de un orificio Joule-Thomson (válvula de expansión); ahora el gas se encuentra a una presión menor.

   El gas a baja presión se encuentra ahora en su punto más frío del ciclo actual.

   Parte del gas se condensa y se convierte en producto final.

5. El gas a baja presión se redirige al intercambiador de calor a contracorriente para enfriar el gas entrante, más caliente y a alta presión.
6. Tras salir del intercambiador de calor a contracorriente, el gas está más caliente que en su punto más frío, pero más frío que al inicio del paso 1.
7. El gas se envía de vuelta al compresor, se mezcla con el gas de reposición caliente entrante (para reemplazar el producto condensado) y se devuelve al compresor para realizar otro ciclo (y enfriarse aún más).

En cada ciclo, el enfriamiento neto es mayor que el calor añadido al inicio del ciclo. A medida que el gas pasa por más ciclos y se enfría, resulta más difícil alcanzar temperaturas más bajas en la válvula de expansión.

• Timmerhaus, Klaus D.; Reed, Richard Palmer (2007). Ingeniería criogénica: cincuenta años de progreso . Springer. pág.  8. ISBN 978-0-387-46896-9.
• Almqvist , Ebbe (2003). Historia de los gases industriales . Springer Science & Business Media. pág. 160. ISBN  978-0-306-47277-0.
• Maytal, B. -Z. (2006). "Maximización de las tasas de producción de la máquina Linde-Hampson". Cryogenics . 46 (1): 49– 85. Bibcode : 2006Cryo...46...49M . doi : 10.1016/j.cryogenics.2005.11.004 .