Problema de la serie de expansores

El principio del expansor es el siguiente: se utiliza la expansión del gas comprimido para reducir su presión, lo que genera trabajo mecánico que permite disminuir la temperatura del gas; de esta manera se obtiene frío. Los expansores se utilizan con frecuencia en equipos de temperaturas muy bajas. Los expansores se dividen, según su forma de movimiento y estructura, en expansores de pistón y expansores de turbina. Los expansores de pistón son adecuados principalmente para equipos de alta y media presión, de tamaño pequeño o mediano, que operan a bajas temperaturas y presentan una alta relación de presión. En comparación con los expansores de pistón, los expansores de turbina presentan ventajas como un mayor caudal, una estructura más simple, un tamaño menor, una mayor eficiencia y un ciclo operativo más largo. Por lo tanto, son adecuados para equipos de gran y mediano tamaño que operan a bajas temperaturas. 　　El motor de expansión por pistón hace que el gas se expanda en un volumen variable, generando así trabajo útil para la refrigeración (generalmente, un motor eléctrico se utiliza para absorber ese trabajo útil). Este tipo de expansor existe en dos variantes: de tipo separado y de tipo horizontal. Se utiliza con frecuencia una estructura vertical. El cigüeñal, las bielas, la cabeza de biela, el pistón, las válvulas de admisión y de escape son los componentes en movimiento; estos se encuentran respectivamente en el cuerpo del motor, en los cilindros y en los soportes intermedios. Su funcionamiento es similar al de un compresor de pistón alternativo. Sin embargo, las válvulas de admisión y de escape se abren y cierran según lo determinado por los levas de admisión y de escape. Debido a las pérdidas de frío causadas por la resistencia al flujo en las válvulas de admisión y escape, la expansión incompleta, el calor por fricción, así como el intercambio de calor entre el exterior e interior, la eficiencia aislante de los expandidores de pistón suele ser de: 65–85% en los expandidores de alta presión, y 60–70% en los expandidores de presión media. Los expansores sin válvulas y de una sola válvula, que surgieron en la década de 1950 y que no utilizaban mecanismos de accionamiento por levas, redujeron el número de componentes móviles en los expansores, lo que aumentó su fiabilidad operativa. Estos dispositivos se han utilizado ampliamente en equipos de baja temperatura de pequeño tamaño. En la década de 1960, se comenzaron a utilizar elementos de sellado de politetrafluoroetileno con aditivos, en sustitución de los elementos de sellado metálicos lubricados con aceite. Esto permitió evitar que el lubricante llegara a las zonas de destilación a bajas temperaturas o a las zonas de licuefacción, lo que garantizó la seguridad. 　　Expansor de turbina: Un expansor que transfiere energía mediante los cambios en la velocidad del gas durante su expansión. Estos expansores se dividen en de una sola etapa y de dos etapas, verticales y horizontales, así como en de tipo impulsor y de tipo reaccional. Por lo general, se utiliza un sistema de tipo reactivo de flujo centrífugo de una sola etapa; la energía mecánica generada es absorbida por un generador, un soplador o un freno hidráulico. Es similar a un compresor centrífugo de una sola etapa, pero cuenta con un difusor (con álabes ajustables) para regular la cantidad de aire que ingresa. Los rodamientos de baja velocidad se lubrican por fuerza con aceite, mientras que los de alta velocidad utilizan rodamientos de gas. Debido a las pérdidas por toberas, pérdidas en las palas del rotor, pérdidas por velocidad residual, pérdidas por fricción en el disco del rotor, pérdidas por fugas, pérdidas por flujo cruzado y pérdidas por entrada de calor externo, la eficiencia adiabática de los expansores de turbina suele ser de: 65–75% para los expansores de presión media, y 75–85% para los expansores de presión baja. En la década de 1960 ya se fabricaron expansores de líquido, que se utilizaban principalmente en equipos de separación de gas natural.