84256115-COMPRESORES-RECIPROCANTES

UNIVERSIDAD EXPERIMENTAL RAFAEL MARIA BARALT ASIGNATURA: EQUIPOS DE PROCESO II

REALIZADO POR: PROF. ROMAN LIRA

MARACAIBO, MAYO DE 2007

i Compresores Reciprocantes

NDICE GENERAL

Pg.NDICE GENERAL..................... i INTRODUCCIN.......................................................................................... ii

1. COMPRESORES...................................................................................... 3 2. SELECCIN DEL COMPRESOR 4 3. COMPRESOR RECIPROCANTE 6

3.1 TIPOS DE COMPRESORES RECIPROCANTES. 7 3.2. COMPARACION ENTRE COMPRESORES RECIPROCANTES Y CENTRIFUGOS.. 9 3.3. PARTES DEL COMPRESOR RECIPROCANTE 10

3.4. EQUIPOS DE PROCESO QUE CONFORMAN UN COMP. RECIPROCANTE 13 3.5. DESCRIPCION DEL PROCESO DE COMPRESIN. 15 3.6. SIST. PARA LA OPERACIN CONTROLADA DE UN COMP. RECIPROCANTE. 16

3.7. PROCEDIMIENTO PARA ESPECIFICAR UN COMPRESOR RECIPROCANTE. 17 3.7.1. Nmero de Etapas de Compresin. 18 3.7.2. Potencia Requerida para la Compresin.. 20

3.7.3. Diseo del Cilindro de Compresin. 25 3.7.4. Cargas en las Barras del Compresor.. 26 4. EJEMPLO 27

CONCLUSIONES. iii BIBLIOGRAFA v ANEXOS. vii

ii Compresores Reciprocantes

INTRODUCCIN

La produccin de gas natural en Venezuela, desempea un papel de importante

dentro del marco energtico, su utilizacin est alrededor de un 96% en actividades

relacionadas con: produccin de petrleo, generacin elctrica, materia prima en diversos

procesos petroqumicos y como combustible en los sectores industrial, comercio y domestico.

Su utilizacin para estos fines, generalmente requiere el incremento de presin a niveles

mayores a la presin de produccin, para transportalo por tuberas a los sitios donde se

realizar su transformacin final.

El uso de este recurso contina incrementndose aun ms en el mediano y largo

plazo. En el ao 1991 los sectores industriales, petroqumico, elctrico y domestico utilizaron

411.769 MMPCED, equivalentes a 194.000 Barriles de petrleo por da; lo cual, permiti

liberar considerables volmenes de combustibles lquidos para la exportacin. Actualmente, la

produccin de gas natural, alcanza aproximadamente 6.500 MMPCED y la mayor parte es

enviado a plantas compresoras para ser comprimido. La presin de salida de la planta

depende del uso y destino que tendr el gas; si este va a ser utilizado para inyeccin en los

yacimientos con fines de extraccin, es necesario que su presin se eleve por el orden de

4000 Psig. El gas enviado a centros de consumo o plantas de remocin de lquidos se

comprime hasta el orden de 1000 Psig. Para el ao 2001, la industria petrolera operaba 180

plantas de gas con 540 unidades compresoras que representaban unos 2.1 MMBHP de

potencia instalada y esta infraestructura tena la capacidad de manejar hasta 8.5 MMPCED.

En una planta compresora la seleccin del equipo de compresin juega un papel muy

importante en la operatividad y aprovechamiento de la instalacin; los compresores

reciprocantes, son compresores de desplazamiento positivo de gran utilidad, debido a que

poseen mayor flexibilidad operacional que un compresor centrfugo; y por esto pueden

denominarse compresores de carga variable; a pesar de manejar menores flujos de gas,

pueden alcanzar altas presiones y en muchos casos con un cambio en la velocidad de giro,

dimetro del cilindro o ajuste de bolsillos (revamping) se ajustan a nuevas condiciones de

operacin de la instalacin. La siguiente investigacin, muestra la informacin bsica sobre

equipos de compresin reciprocantes; as como tambin, los tipos, partes que lo conforman y

los pasos para especificar un compresor reciprocante para una aplicacin especfica.

3 Compresores Reciprocantes

1. COMPRESORES

Son equipos que incrementan la presin de un gas, un vapor o una mezcla de gases y

vapores. La presin del fluido se eleva reduciendo el volumen especfico del mismo durante

su paso a travs del compresor. Se emplean principalmente para refrigeracin,

acondicionamiento de aire, calefaccin, transporte por tuberas, almacenamiento de gas

natural, craqueo catalitico, polimerizacin y en muchos procesos quimicos. Segn la forma de

compresin se clasifican en:

a. Compresores de Desplazamiento Positivo: Son compresores de flujo

intermitente, que basan su funcionamiento en tomar volmenes sucesivos de gas

para confinarlos en un espacio de menor volumen; logrando con este efecto, el

incremento de la presin. Se dividen en dos grupos reciprocantes y rotativos.

b. Compresores Dinmicos: Son maquinas rotatorias de flujo continuo en la cual el

cabezal de velocidad del gas es convertido en presin; estos compresores, se

dividen de acuerdo al flujo que manejan en centrifugo (flujo radial) y axiales (flujo

axial) y flujo mezclado.

Desplazamiento Positivo Dinmicos

Reciprocante Rotativo

- Vena deslizante - Lbulo deslizante - Sello de lquidos - Tornillos - lbulo helicoidal

Centrfugos Flujo Axial

- Simple etapa - Mltiple etapa - Split Horizontal - Integral

Diafragma

- Simple etapa - Mltiple etapa - Integral - Separable - Balanceado/opuesto

Compresores

Figura-1 Tipos de Compresores


2. SELECCIN DEL COMPRESOR

Para lograr una seleccin satisfactoria del compresor, debe considerarse una

gran variedad de tipos, cada uno tiene ventajas especficas para alguna aplicacion.

Entre los principales factores que se deben tomar en consideracin, se encuentran:

la velocidad de flujo, la carga o presin, limitaciones de temperatura, el consumo de

potencia, posibilidades de mantenimiento y costo. Con la Figura 2, puede hacerse

una rpida seleccin del compresor en funcin del flujo actual (ACFM) y la presin de

descarga requerida; no obstante, existe otros aspectos a considerar referentes al

servicio de compresin para la seleccin acertada del tipo de compresor:

a. Nivel de Potencia, disponibilidad Comercial del Compresor y costo de

instalacin.

b. Flujo volumtrico Presin de Descarga (Figura-2 ).

c. Requerimientos de tiempo de operacin entre perodos de mantenimiento.

d. Caractersticas del Gas y del proceso.

e. Inyeccin de aceite lubricante en las corrientes de proceso Los compresores

que requieren lubricacin interna (reciprocante lubricado) son insatisfactorios

para servicios de oxgeno.

f. Arrastre de lquido en gas de proceso y slidos en gas de proceso Los

compresores ms sensibles son el de aletas deslizante, los reciprocantes

lubricados, y los centrfugos de alta velocidad.

g. Oscilaciones en peso molecular Los compresores de desplazamiento

positivo son relativamente insensibles; los compresores dinmicos tienen que

ser diseados anticipadamente para el rango de variacin completo, y no son

adecuados para variaciones amplias en operacin normal.

h. Temperatura de descarga del gas Todos los tipos pueden ser diseados con

etapas mltiples para limitar la elevacin de temperatura.


i. Tendencia de ensuciamiento del gas Los compresores axiales y de alta

velocidad, y los centrfugos de etapa sencilla, no son adecuados para

servicios sucios. Un sistema de lavado permite a los compresores de tornillo

helicoidal y a los centrfugos ser usados en servicios sucios.

j. Relacin de Presin Los compresores reciprocantes de etapas mltiples

tienden a ser ms econmicos para altas relaciones de presin.

k. Tipo de Elemento Motriz Las turbinas a gas o a vapor tienden a utilizarse en

los compresores dinmicos que en los reciprocantes, ya que el sistema de

transmisin es simplificado.

l. La proximidad de facilidades de servicio del suplidor y del personal.

m. Servicios adicionales de la instalacin, energa electrica, lubricacin, agua de

servicio y enfriamiento, aire de arranque, sistemas de alivio, etc.

n. La cantidad y recursos especializados del personal de mantenimiento de la

planta. Asi como tambin, la disponibilidad de las herramientas adecuadas

para el mantenimiento y los servicios disponibles.

Figura-2 Diagrama para Seleccin de Compresores (GPSA databook, Secc. 13)


3. COMPRESOR RECIPROCANTE

Es un compresor de desplazamiento positivo, en el que la compresin se obtiene por

desplazamiento de un pistn movindose lineal y secuencialmente de atrs hacia adelante

dentro de un cilindro; reduciendo de esta forma, el volumen de la camara (cilindro) donde se

deposita el gas; este efecto, origina el incremento en la presin hasta alcanzar la presin de

descarga, desplazando el fluido a travs de la vlvula de salida del cilindro.

El cilindro, est provisto de vlvulas que operan automticamente por diferenciales de

presin, como vlvulas de retencin para admitir y descargar gas. La vlvula de admisin,

abre cuando el movimiento del pistn ha reducido la presin por debajo de la presin de

entrada en la lnea. La vlvula de descarga, se cierra cuando la presin en el cilindro no

excede la presin de la lnea de descarga, previniendo de esta manera el flujo reverso.

Los compresores reciprocantes deben ser alimentados con gas limpio ya que no pueden

manejar lquidos y partculas slidas que pueden estar contenidas en el gas; estas partculas,

tienden a causar desgaste y el lquido como es no compresible puede causar daos a las

barras del pistn. La potencia de los compresores reciprocantes puede ser de hasta 20000 Hp

y para presiones desde el vaco hasta los 50000 Psig. Son diseados de simple y mltiples

etapas, que estn determinadas por la relacin de compresin (relacin entre la presin de

descarga y succin), que generalmente no excede de 4 por etapa.

Los equipos de mltiples etapas deben ser provistos de enfriadores entre etapas, los

cuales disminuyen la temperatura del gas hasta valores aceptables por la siguiente etapa de

compresin. El enfriamiento, reduce la temperatura y el volumen real del gas que es enviado

a los cilindros de alta presin de las siguientes etapas; logrando con esto, reducir la potencia

requerida para la compresin y mantener la temperatura debajo de la mxima permisible.


Los compresores reciprocantes, se utilizan generalmente para los siguientes servicios

indicados en la Tabla-1:

Tabla-1 Servicios Comunes de Compresores Reciprocantes

Refinerias y Petroquimica Petroleo y Gas

Amoniaco Urea Metanol Etileno Oxido de Etileno Polipropileno Gas de Alimentacin Separacion de Componentes de Gas Natural Almacenamiento de GNL Craqueo Catalitico

Destilacion

Levantamiento Artificial Reinyeccin Tratamiento de Gas Almacenamieto de Gas Transmisin Gas Combustible Booster Distribucin de Gas

Sin embargo, existen aplicaciones especficas donde se requiere utilizar compresores

reciprocantes:

Altas presiones de descarga, los compresores reciprocantes tienen un amplio rango de presiones mayores que el centrfugo.

Disponibles para bajos flujos de gas, inferiores al menor flujo de los centrfugos. Son mucho menos sensibles a la composicin del gas y a propiedades

cambiantes que los compresores dinmicos; esta propiedad es muy importante,

ya que a medida que un pozo petrolero se agota, el gas pasa de ser un gas rico

a un gas pobre; y este cambio afecta a los compresores dinmicos.

Poseen mayor flexibilidad operacional, ya que con solo cambio en los cilindros o ajuste de los pockets pueden ajustarse a nuevas condiciones de proceso.

3.1. TIPOS DE COMPRESORES RECIPROCANTES

a. Simple Etapa: Son compresores con una sola relacin de compresin, que

incrementan la presin una vez; solo poseen un depurador interetapa, un cilindro y un

enfriador interetapa (equipos que conforman una etapa de compresin) generalmente

se utilizan como booster en un sistema de tuberas.


b. Mltiples Etapas: Son compresores que poseen varias etapas de compresin, en los

que cada etapa incrementa progresivamente la presin hasta alcanzar el nivel

requerido. El nmero mximo de etapas, puede ser 6 y depende del nmero de

cilindros; no obstante, el nmero cilindros no es igual al nmero de etapas, pueden

existir diferentes combinaciones; como por ejemplo, si se requiere un sistema de tres

etapas, puede utilizarse 3, 4 o 6 cilindros, como se indica en la tabla-2.

Tabla-2 Diferentes Configuraciones de Cilindros para un Sistema de Tres Etapas

Configuraciones Posibles

3 CILINDROS (integral) 4 CILINDROS 6 CILINDROS

1ERA ETAPA 1 CILINDRO 2 CILINDROS 2 CILINDROS

2DA ETAPA 1 CILINDRO 1 CILINDRO 2 CILINDROS

3ERA ETAPA 1 CILINDRO 1 CILINDRO 2 CILINDROS

El uso de varios cilindros para una etapa de compresin permite la seleccin de

cilindros de menor tamao, generalmente esto sucede con la primera etapa de

compresin.

c. Balanceado - Opuesto: Son compresores separables, en los cuales los cilindros estn

ubicados a 180 a cada lado del frame.

d. Integral: Estos compresores utilizan motores de combustin interna para trasmitirle la

potencia al compresor; los cilindros del motor y del compresor estn montados en una

sola montura (frame) y acoplados al mismo cigeal. Estos compresores pueden ser de

simple o mltiples etapas y generalmente son de baja velocidad de rotacin 400 900

RPM. Poseen una eficiencia y bajo consumo de combustible; sin embargo, son mas

costosos y difciles de transportar que los separables; a pesar de esto, hay muchas

aplicaciones en tierra donde esta es la mejor opcin. Tienen mayor rango de potencia

2000 13000 BHP que los separables, entre sus ventajas se encuentran:

a. Alta eficiencia

b. Larga vida de operacin

c. Bajo costo de operacin y mantenimiento comparado con los separables de alta

velocidad.


e. Separable: En este equipo, el compresor y el motor poseen cigeales y monturas

diferentes acoplados directamente. Generalmente, vienen montados sobre un skid y

pueden ser de simple o mltiples etapas. Los compresores reciprocantes separables en

su mayora son unidades de alta velocidad 900 1800 RPM que pueden ser accionados

por motores elctricos, motores de combustin interna o turbinas, manejan flujos

menores de gas que los integrales y pueden tener una potencia de hasta 5000 HP,

entre sus ventajas se encuentra:

a. Pueden ser montados en un skid; son de fcil instalacin y transporte y

poseen amplia Flexibilidad operacional.

3.2. COMPARACION ENTRE COMPRESORES RECIPROCANTES Y CENTRFUGOS.

Diferentes tipos de compresores estn disponibles para compresin de gas natural,

pero los ms utilizados son los reciprocantes y centrfugos. A continuacin en la tabla-3, se

especifican las ventajas y desventajas de estos equipos:

Tabla-3 Comparacin entre Compresores Reciprocantes y Centrfugos

Reciprocantes Centrfugos Ventajas Ventajas

Mayor flexibilidad en capacidad de flujo y rango de presiones.

Mas alta eficiencia y costo de potencia mas bajo.

Capacidad de manejar pequeos volmenes de gas.

Son menos sensitivos a la composicin de los gases y las propiedades cambiantes.

Presentan menores temperaturas de descarga por su enfriamiento encamisado.

Pueden alcanzar las presiones ms altas.

Como existe menor rozamiento permite trabajar largo tiempo entre intervalos de mantenimiento. (tpicamente 3 aos), siempre y cuando los sistemas auxiliares de lubricantes y aceites de sellos estn correctos.

Son pequeos y livianos con respecto a su capacidad de flujo, por lo que requieren poca rea de instalacin

No presentan alta vibracin

Costos mas bajos por atencin y mantenimiento total

Son requeridos para altos flujos de gas


Continuacin Tabla-3 Comparacin entre Compresores Reciprocantes y Centrfugos

Reciprocantes Centrfugos Desventajas Desventajas

Fundaciones mas grandes para eliminar las altas vibraciones por el flujo pulsante.

En servicios continuos se requieren unidades de reserva, para impedir paradas de planta debido a mantenimiento.

Los costos de mantenimiento son 2 a 3 veces mas altos que los compresores centrfugos.

El funcionamiento contnuo es ms corto que para los centrfugos

Requieren inspeccin ms continua. Cambios en la presin de succin pueden

ocasionar grandes cargas en las barras del pistn (rod loading).

Eficiencia de 7 a 13% menor que la mayora de los compresores de desplazamiento positivo.

Son sensibles al ensuciamiento y a los cambios en las propiedades del gas especialmente en el peso molecular.

Cambios en la presin diferencial

aumentan la cada de presin en el sistema y puede ocasionar reducciones muy grandes en el volumen del compresor o stonewall.

No hay mucha disponibilidad comercial para flujos inferiores a 300 ACFM.

El consumo de combustibles de las turbinas es mas alto que el de los compresores reciprocantes.

Requieren mano de obra especializada.

3.3. PARTES DEL COMPRESOR RECIPROCANTE.

En la figura-3, se muestra las partes de un compresor reciprocante

separable que se definen a continuacin:

a. Montura (frame): La montura de un compresor reciprocante es una estructura

fundida, donde van montadas las partes rotativas del compresor como el cigeal, en

este elemento, se instalan los cilindros en forma cruzada. Son especificadas por los

fabricantes en funcin de: nmero de cilindros, la potencia que es capaz de transmitir,

las cargas a soportar en las barras (rod loading) y al recorrido de los cilindros. Cada

montura esta diseada para un nmero mximo de cilindros, no obstante no indica el

nmero de etapas del compresor.

b. Cigeal (Crankshaft): Se encuentra instalado dentro de la montura y es el elemento

que transmite la potencia del motor hacia las bielas.

Compresores Reciprocantes

c. Biela: Es el componente que transmite el movimiento rotativo del cigeal y lo linealiza

para trasmitirlo a la barra.

d. Caja de Lubricacin: Es el elemento que separa el cilindro de la montura, cualquier

fuga se ventea o se drena a travs de ste elemento, contiene la barra que mueve el

pistn de adelante hacia atrs y los sellos de laberinto del cilindro.

e. Cojinetes: La mayora de los compresores utilizan cojinetes hidrodinmicos, el aceite

entra al cojinete a travs de los agujeros de suministro, que van perforados

estratgicamente a lo largo de la circunferencia del cojinete que suministran y

distribuyen formando una pelcula de aceite en el contacto entre las partes mviles y

estacionarias.

f. Sellos: Proporciona el sellado dinmico entre el pistn - la barra y la barra - con la

montura, consiste en una serie de anillos de tefln montados en una caja de sellado; la

cual es atornillada a el cilindro, la barra se mueve en un movimiento reciprocante a

travs de la caja de sellos tipo laberinto. g. Barra (Rod): Es el componente que conecta el pistn con la biela y transmite el

movimiento al pistn, est sometida a los esfuerzos generados durante la compresin

del gas (traccin y compresin). h. Botellas de Pulsacin: Son recipientes que se colocan en la succin y la descarga

para minimizar los efectos de la vibracin acstica causada por el flujo reciprocante.

i. Vlvulas: Son vlvulas de retencin tipo check que permiten la entrada y salida de gas

al cilindro; en caso de cilindros de doble accin, existen vlvulas de succin a ambos

lados del cilindro, mientras que en cilindros de simple accin slo se encuentran en un

solo lado. Las vlvulas pueden ser de placa, lengeta y la mas aplicada para gas natural

la de discos concentricos.

11


Sello Intermedio CAJA DE LUBRICACIN

Escurridor de Aceite

Ventana que permite retirar el sello de laberinto

Sello , entrada de agua y purga para empaque

Anillos de Compresin

Cigeal de Acero Forjado

Cojinetes Ajustados a la Precisin

Caja de Lubricacin Simple o Doble

Camisa del cilindro 57 HRC

Materiales y Tipos de vlvula segn especificacin

Pistn Simple o Doble Accin

Sellos tipo laberinto

ROCESO

FIGURA-3 COMPRESOR RECIPROCANTE SEPARABLE

CILINDRO DE P

Cilindros de acero forjado o fundicin dctil

Cilindros Lubricados o No Lubricados

Anillos de Aleacin Resistentes al Desgaste

Barras del Pistn de Acero Aleado: Nitruradas hasta 64 HRC, acero inoxidable o carburo de tungsteno

Unin Tipo Cruceta

Cilindros Opuestos Balanceados

Bielas de Acero Forjado

Bolsillos, para este caso no ajustable

Entrada, conexin con la botella de pulsacin

Orificios de Inspeccin

Montura del Compresor (Frame)


- Acero Forjado para presiones mayores que 2200 Psig

3.4. EQUIPOS DE PROCESO QUE CONFORMAN UN COMPRESOR RECIPROCANTE

c. Enfriadores: Reducen la temperatura del gas luego que es comprimido, ya que las

temperaturas de succin estn limitadas por la metalurgia de los materiales de

fabricacin y el lubricante del compresor. Generalmente se utilizan enfriadores por aire

o fin fan coolers; instalandos en una sola unidad de enfriamiento que utiliza un

ventilador para forzar el aire a trves del haz de tubos acoplado directamente al motor.

Todos estos equipos se instalan lo mas cercano posible para conformar un modulo de

compresin como el que se muestra en la Figura-4

b. Cilindro de Proceso: Es el componente que junto con el pistn se encarga de

disminuir el volumen del gas contenido en la camara, hasta llegar a un volumen

determinado a la presin de descarga; el compresor debe tener al menos un

cilindro por cada etapa de compresin y existen dos tipos de cilindros:

a. Separadores: Tiene como funcin principal separar el vapor del lquido de la corriente

de gas que va al sistema de compresin; son separadores verticales (scrubbers)

diseados para manejar corrientes con alta relacin gas-lquido, usualmente con un

demister como mecanismo de separacin. Se instalan en las interetapas de compresin

para remover el lquido que se obtiene producto del enfriamiento.

En los casos que se maneje helio u oxigeno, o que se requiera aire o gas sin lubricante,

se debe utilizar un cilindro no lubricado; estos cilindros deben tener un acabado pulido

y utilizan anillos de grafito o plastico (tefln). Dependiendo de la presin a alcanzar el

cilindro puede ser de los siguientes materiales:

Simple Accin: La compresin solo ocurre en uno de los dos lados del pistn durante una vuelta del cigeal

Doble Accin: Mientras comprime por uno de los lados, expande por el otro lado durante una vuelta del cigeal.

- Hierro Fundido para presiones entre 1000 a 1200 Psig

- Hierro Fundido Dctil para presiones hasta 1500 Psig

- Acero 1000 2200 Psig

13

Boquilla de Succin

14

Vlvula de Alivio

Silenciador del Motor de Combustin Interna

Compresor Reciprocante:Modelo: Ariel JGC 4

Botellas de Pulsacin

Separador Interetapa (Scrubber)

Cilindros de Compresin: Corresponden a una etapa de compresin, pocket variable

Driver:Motor Reciprocante Modelo: Cat 3515 TA Combustible: Gas Natural

Montura del Compresor (Frame)

Figura-4 Compresor Reciprocante Separable Tipo Skid

Sistema de Recirculacin Panel de Control

Unidad de Enfriamiento: Fin Fan Cooler Incluye todos los enfriadores Inter-etapas AIR X CHANGERS 156 EH



3.5. DESCRIPCIN DEL PROCESO DE COMPRESIN El proceso de compresin en mltiples etapas se realiza con el objeto de comprimir el

gas en procesos separados; debido a que alcanzar la presin de descarga requerida en una

sola etapa, ocasionara un alto trabajo de compresin y altas temperaturas de descarga que

conllevan a la falla de los materiales del compresor. Los equipos de proceso principales que

conforman cada etapa son: un separador, el cilindro de compresin y un enfriador.

El primer equipo de proceso es el separador, donde se elimina el lquido de la

corriente. Luego, el gas pasa al cilindro de la primera etapa, donde alcanza una presin de

descarga mxima limitada por la temperatura mxima permisible de descarga (275 - 300 F).

Sucesivamente, al salir el gas del cilindro pasa a un enfriador que disminuye su temperatura

hasta aproximadamente la temperatura de entrada de la etapa (120 130 F), como el

enfriamiento produce condensacin de los componentes mas pesados del gas, el primer

equipo de la siguiente etapa de compresin es un separador para eliminar todo el

condensado producto del enfriamiento y evitar la entrada de liquido al compresor.

En esta secuencia, el gas pasa por cada etapa hasta alcanzar la presin requerida. En

la figura-5, se muestra el diagrama de flujo del proceso de un compresor de tres etapas.

Mltiple de Descarga

Entrada a la Planta

3era Etapa 2da Etapa

1era Etapa

Slug Catcher Sistema de Recoleccin de Lquidos

CompresorSeparador Interetapa Enfriador Interetapa

Figura-5 Diagrama de Flujo de Proceso de un Compresor de Gas de Tres Etapas


3.6. SISTEMAS PARA LA OPERACIN CONTROLADA DE UN COMP. RECIPROCANTE.

Todo equipo de compresin debe estar dotado de sistemas que permitan:

Mantenerlo en operacin en caso de cambios en las condiciones de operacin. Paradas seguras por mantenimiento o paradas generales de la planta. Activar sistemas de seguridad, en caso de condiciones inseguras.

Estos sistemas se muestran en el Anexo-1 y se definen a continuacin:

a. Sistema de Recirculacin: A una velocidad constante de giro del compresor, un

determinado volumen de gas entra al cilindro; si este flujo disminuye, la presin de

entrada al cilindro se reduce y la relacin de compresin aumenta, ocasionando que la

temperatura de descarga aumente. Para evitar esto, se utiliza un sistema de

recirculacin, con una vlvula conectada a la descarga para llenar completamente el

cilindro de la primera etapa y mantener en el rango permisible la presin de succin.

b. Vlvula hacia el Mechurrio: Si el flujo de gas se incrementa, aumenta: la presin de

entrada, las cargas en las barras y la potencia requerida que puede llegar a superar la

del motor. Para evitar esto, se instala una vlvula de control en la lnea de succin para

desviar el exceso de gas hacia el flare o sistema de alivio de la instalacin.

Adicionalmente, en caso de un shut down por emergencia, esta vlvula permite desviar

la produccin hacia el flare sin causar problemas en instalaciones aguas arriba.

c. Vlvula reguladora de la presin de succin: Consiste en una vlvula de mariposa

que permite regular la presin de entrada, se cerrar en caso de incremento de la

presin, hasta que la presin aguas arriba aumenta lo suficiente para abrir la vlvula

de control hacia el mechurrio.

d. Vlvulas Blowdown: Estas vlvulas se utilizan para vaciar el gas en el compresor,

cuando est fuera de servicio ya sea por mal funcionamiento o mantenimiento, lo que

minimiza el peligro potencial de reparaciones con gas atrapado. Estas vlvulas se

instalan en la en la descarga, y envan el gas hacia el flare o mltiple de venteo.


e. Vlvulas Shut-down: stas vlvulas aslan el compresor de la instalacin y se instalan

en la succin, se activan en caso de mantenimiento del compresor, alto nivel de liquido

en los depuradores o paradas de emergencia; dependiendo del caso, secuencialmente

se activa el blowdown de la planta.

f. Vlvulas de Alivio: Cada cilindro de compresin, debe tener instalada una vlvula de

alivio aguas arriba del enfriador, ajustada a 1,25 veces la presin de descarga o la

MAWP; debido a que si el flujo llega a obstruirse, ninguno de los equipos sern

sometidos a sobrepresin.

g. Controlador de Velocidad: Este equipo aumenta la eficiencia del compresor y la

flexibilidad operacional; si el flujo de gas se incrementa, la velocidad del compresor

aumenta para manejar el excedente de gas. Al volver a ajustarse el flujo de gas, la

velocidad de giro vuelve a estabilizarse. Si el flujo de gas decrece, el compresor gira

lentamente hasta que la presin de entrada puede ser mantenida. El uso de este

equipo, no elimina la instalacin del sistema de recirculacin, vlvula hacia el flare o

vlvula reguladora de la succin, pero si minimizar su utilizacin.

3.7. PROCEDIMIENTO PARA ESPECIFICAR UN COMPRESOR RECIPROCANTE.

Considerando que el volumen de gas a manejar, la presin de succin y descarga, la

temperatura de entrada y la composicin del gas son conocidas, el procedimiento para

especificar un compresor reciprocante consiste en: establecer el tipo de compresor

reciprocante, el nmero de etapas y la potencia requerida.

3.7.1. Nmero de Etapas de Compresin

El proceso de compresin genera incremento de la temperatura del fluido; debido a

esto, la presin mxima que puede alcanzarse en una etapa compresin est limitada por la

temperatura de descarga mxima permisible; sta temperatura debe mantenerse en un

rango entre 275 300 F. Por lo tanto, el nmero de etapas de compresin debe ser la

cantidad de etapas que garanticen temperaturas de descarga en el rango indicado, en cada

una de las etapas de compresin del compresor. Una primera aproximacin puede hacerse

con la ecuacin (1) variando el nmero de etapas hasta obtener una relacin de compresin

R entre 2,5 y 4.


n

PinPoutR

/1

= (1) Pout: Presin de Salida (Psia) Pin: Presin de Entrada (Psia) n: Nmero de etapas

La relacin de compresin es similar por etapa, a menos que por diseo del proceso se

requieran diferentes valores. Para dos etapas de compresin, el radio por etapas es igual a la

raz cuadrada de la relacin de compresin (Ecuacin-1); para tres etapas la raz cbica; no

obstante, en caso de altas presiones la relacin de compresin debe disminuir a medida que

la etapa se incrementa para reducir las cargas en las barras del compresor. Adicionalmente;

para establecer la relacin de compresin por etapa, debe considerarse aspectos econmicos,

ya que una alta relacin de compresin ocasiona una baja eficiencia volumtrica y se

requiere cilindros de mayor tamao para producir la misma capacidad.

La implementacin de mltiples etapas proporciona las siguientes ventajas al sistema

de compresin:

a. Para tener disponibles corrientes laterales, a niveles de presin intermedia, tales como

en los sistemas de los procesos de refrigeracin.

b. Para aumentar la eficiencia total de compresin, manteniendo la compresin tan

isotrmica como sea posible, haciendo rentable la inversin adicional en enfriadores y

separadores interetapas contra el ahorro de potencia.

c. Para fijar el aumento de presin por etapa a las limitaciones de presin diferencial del

tipo de maquinaria: limitaciones en carga de empuje axial en los compresores

centrfugos, limitaciones de tensin en la varilla del pistn en los compresores

reciprocantes, deflexin del rotor y empuje en los rotativos.

d. Para enfriar las entradas a las etapas y de sta manera reducir los requerimientos de

cabezal de compresin total, suficientemente a fin de reducir el nmero de etapas de

compresin requeridas. Esto da como resultado compresores ms compactos y de

costos de construccin ms bajos.


e. Es beneficioso aumentar el nmero de etapas para disminuir temperatura; a pesar, de

que se requiere un separador, un cilindro, un enfriador, ms tuberas y sistemas de

control aidicionales; ya que operar a menores temperaturas de descarga aumenta la

durabilidad de sellos, anillos y lubricante de los compresores reciprocantes. Para

calcular la temperatura de descarga de la etapa se utiliza la ecuacin-2.

( )

+=

EisenRxTT

kk

inout11

1

(2)

Tout: Temperatura de Salida (R) Tin: Temperatura de Entrada (R) Eisen: Eficiencia Isentrpica (Tabla-4) Tabla -4 Valores Estimados de Eficiencia Isentrpica de Compresores (Fuente: J. M. CAMPBELL, Gas Conditioning and Processing, Tomo II, Pg. 197)

Tipo de compresor Eficiencia (E)

Centrifugo 0.65 0.75

Reciprocante Alta Velocidad 0.65 0.75

Reciprocante Baja Velocidad 0.75 0.85

En caso que se utilicen mltiples etapas; la presin de succin de la siguiente etapa,

puede estimarse de la siguiente forma:

1. Obtener la relacin por etapa con la ecuacin-1. La relacin de compresin (R) esta

comprendida entre 2 y 4; el nmero de etapas (n) puede variarse hasta estar dentro

el rango de R o hasta verificar que todas las temperaturas de descarga sean inferiores

a 260 F.

2. Multiplicar la relacin de compresin por la presin absoluta de succin, para obtener

la presin de descarga del cilindro.

3. La presin de succin de la siguiente etapa, puede considerarse 3 a 5 Psi menor que

la presin de descarga de la etapa anterior debido a las perdidas en los equipos

interetapas.

4. La temperatura de salida del enfriador de la etapa puede considerarse 120 - 130F.


3.7.2. POTENCIA REQUERIDA PARA LA COMPRESIN

La potencia de compresin, se define como la cantidad de energa terica necesaria

para comprimir un gas a unas condiciones especificas de succin y descarga; esta energa es

independiente del tipo de compresor, pero la cantidad de energa real si depende de la

eficiencia del tipo compresor. La ecuacin bsica de termodinmica para el clculo de trabajo

es la siguiente:

= 21PPteorico VdpW (3)

El trabajo de compresin, es proporcional al rea bajo la curva P-V presin-volumen

(figura-6), el proceso de compresin se rige por la ecuacin PVn=constante, el exponente n

vara dependiendo de los siguientes procesos (Figura-6):

1. Isotrmico: para este caso el trabajo calculado es menor y no hay cambio de

temperatura; n=1.

2. Isentrpico (S1=S2): Proceso en el cual no hay calor adicionado o removido del sistema y

la entropa permanece constante, n=K (K: relacin de calores especficos) PVK=constante

(K: Relacin de Calores Especficos) .El trabajo calculado en este proceso es intermedio

(figura-6).

3. Politrpico: Proceso en el cual los cambios en las propiedades del gas durante la

compresin permanecen constante y se rigen por la siguiente ecuacin: n>K

PVn=constante. La mayoria de los equipos tienden a operar en un proceso politrpico,

donde el trabajo calculado es mayor que en los dems procesos.

Figura-6 Curva P-V de Compresin (Fuente: GPSA DATABOOK, Seccin 13)


Para estimar el trabajo de compresin, la mayora de programas computacionales

utilizan la diferencia de entalpas del gas en el proceso de compresin, estas se obtienen a

travs de ecuaciones de estado y constituye una de las mejores opciones para evaluar el

trabajo de compresin:

)( 12*

hhmPotencia = (5)

:*m Flujo msico de vapor (lbm/hr) h2(isentrpico): Entalpa a las condiciones de descarga isentrpica (Btu/lbm) h1: Entalpa a las condiciones de succin (Btu/lbm)

Sin embargo, a pesar de que la mayora de los fabricantes de compresores utilizan el

proceso de compresin politrpico para estimar la potencia, una buena estimacin puede

obtenerse considerando el proceso de compresin isentrpico (adiabtico reversible),

calculando la potencia en funcin del cambio de entalpa y luego se ajusta de acuerdo al tipo

de compresor para obtener la potencia real con la ecuacin-6. Este mtodo es utilizado por

los simuladores computacionales.

EhmPotencia isentREAL

)(* = (6)

Donde:

= isenthm*

Trabajo Terico (Ecuacin 5) E: Eficiencia puede considerarse los valores de la tabla-4(incluye la eficiencia mecnica y la isentrpica)


Mtodos Grficos.

Otro mtodo para obtener la potencia es el recomendado en el GPSA Databook con la

Ecuacin-7 y la Figura-9, la potencia requerida puede obtenerse de forma simple incluyendo

la eficiencia mecnica y termodinmica. El buen uso de estas grficas, provee una potencia

razonable que puede ser comparada con la calculada por los fabricantes de compresores.

Esta curva es para compresores de baja velocidad (300 450 RPM), para compresores de

alta velocidad > 1000 RPM debe ajustarse la potencia con el factor F3.

( )( ) ))3)2()1((4,14

xFFxFMMSCFdZavgTTinPs

MMCFdBHPBHP

S

= (7)

Donde:

MMCFdBhp

: Se obtiene con la figura-9 en funcin de la relacin compresin y K

Ps: Presin estndar (14.7 Psia) Ts: Temperatura a condiciones estndar (520R) Tin: Temperatura de entrada del gas (R) Zavg: Factor de compresibilidad promedio de la succin y la descarga MMSCFd: Flujo de gas x da @ condiciones estndar F1: Factor de correccin por baja presin de entrada (Figura-7) F2: Factor de correccin para gravedad especfica (Figura-8) F3: Porcentaje de incremento de la potencia para compresores de alta velocidad (Tabla-5)

Figura-7 Factor de Correccin por Baja Presin de Admisin*

Figura-8 Factor de Correccin por Gravedad Especfica*


Tabla 5 Porcentaje de Incremento de Potencia para Unidades de Alta Velocidad*

Gravedad Especfica Porcentaje de Incremento de Potencia 0.5 0.8 4

0.9 5 1 6

1.1 8 1.5 y sistemas de refrigeracin con propano 10

Figura-9 Potencia de Compresin

*(Fuente GPSA DATABOOK, Seccin 13)


3.7.3. Diseo del Cilindro de Compresin

Las ecuaciones que se indican a continuacin, permiten calcular el dimetro del

cilindro, para luego seleccionar los disponibles en manuales de fabricantes de compresores.

Clearance: El pistn de un compresor reciprocante no viaja hasta el final del cilindro; ya que cierto espacio se necesita para las vlvulas entre del cilindro, cuando el pistn

se encuentra al final de su carrera; este espacio, se denomina volumen muerto

(clearance) y se expresa como un porcentaje entre el volumen muerto total y el

volumen total barrido por el pistn. puede asumirse en 20% para un clculo previo y

luego ajustarse con el valor real indicado por el fabricante del cilindro.

pistonbarridoVolumentotalmuertoVolumenCL =% (8)

Eficiencia Volumtrica: El trmino eficiencia volumtrica, se refiere al desplazamiento real de un cilindro comparado con la capacidad de bombeo total si no

existiese volumen muerto. Debido a este volumen muerto, el volumen de gas que

desplaza el cilindro es menor que el volumen mximo del cilindro; por lo tanto, la

eficiencia volumtrica (Ecuacin 9), es la relacin entre el volumen real (V1) que

desplaza un cilindro sobre el volumen ideal (Vd) que desplazara si no existiese el

volumen muerto.

IdealVolumenalVolumen

VdVEvz Re1 == (9);

== 11)(*)(96 /1ZdZRCLR

QidealQactualEvz K (10)

Z1/Zd: Relacin de factores de compresibilidad entre la entrada y la salida K: Relacin de Calores Especficos V1: Flujo volumtrico real de gas a la entrada (pie3/min)

La ecuacin 10, establece la eficiencia volumtrica en funcin de las dimensiones del

cilindro. Al obtener la eficiencia volumtrica, el desplazamiento ideal del cilindro se

determina (Qideal) y su dimetro se despejara de la ecuacin 11 para cilindros de

doble accin. El desplazamiento actual (Qideal) es igual a flujo actual de gas (ACFM).


3

3

22

lg17284

)*2)()((

pupiex

xddRPMStrokeQactual rodcilindro

= (11)

Recorrido: Puede obtenerse del fabricante del de compresores (STROKE) RPM: Velocidad de giro del compresor depende del tipo de compresor uno de alta velocidad (900 1800 RPM) d: Dimetro del cilindro (pulg) drod: Dimetro de la Barra (pulg)

3.7.4. Cargas en las Barras del Compresor.

Los fabricantes de compresores reciprocantes, especifican sus monturas en funcin de

la potencia promedio, velocidad de giro y cargas admisibles; estas cargas, corresponden a las

fuerzas a compresin y tensin aplicadas (ecuaciones 13 y 14) y son proporcionales a la

fuerza esttica y a las cargas de inercia sobre los componentes del compresor, tales como:

cigeal, barras de conexin, barra del pistn y el rea proyectada de los cojinetes del

cilindro; en ninguna circunstancia, las cargas aplicadas pueden exceder las admisibles.

Cargas de compresin aplicadas en el cilindro: Lc= (13) )()( PsAcPdAp

Cargas de tensin aplicadas en el cilindro: LT= (14) )()( PsApPdAc Ac: Efectiva rea (rea del pistn rea de la barra) Ap: rea del pistn Pd: presin de descarga (Psia) Ps: presin de Succin (Psia)

En el proceso de clculo del compresor, puede determinarse las cargas al final del

clculo; en caso de que las cargas superen las indicadas en la montura del compresor, puede

ajustarse la relacin de compresin estabilizando las temperaturas de descarga de las etapas.

Con esto, se logra una disminucin razonable de las cargas aplicadas al compresor pero

ocasionar un incremento en la relacin de compresin de la primera etapa y una

disminucin en las etapas sucesivas pero pueden ser razonables.


4. Ejemplo: Se requiere comprimir 5 MMPCED de gas natural con la composicin molar

indicada, para enviarlo a un campo vecino para utilizarlo como gas combustible; el gas

tiene un peso molecular de 23 lbm/lbmol y se incrementar su presin desde 65 Psig

90 F, hasta 1000 Psig y 120 F , la composicin del gas es variable, determine:

Molar flow lbmol/h 548.9988 Methane 78,06417 Mass flow lb/h 12216.4395 Ethane 7,088808 Temp F 90 Propane 4,685904 Pres psia 79.7 I-Butane 1,067401 Vapor mole fraction 0.9998 N-Butane 1,602401 Cp/Cv 1.2553 I-Pentane 0,4986 Tc F -7.3913 N-Pentane 0,499301 Pc psia 1166.3679 N-Hexane 0,3716 Std. sp gr. air = 1 0.768 N-Heptane 0,2475 Degree API 248.3705 N-Octane 0,1271 Average mol wt 22.2522 N-Nonane 0,0421 Actual dens lb/ft3 0.3057 N-Decane 0,0159 Actual vol ft3/hr 39964.4882 N-Dodecane 0,0017 Std liq ft3/hr 525.8204 Carbon Dioxide 5,453407 Std vap 60F scfh 208333.297 Nitrogen 0,2341

1. Nmero de Etapas Requeridas:

Se calcula R (relacin de compresin) variando el nmero de etapas hasta entrar en un

rango entre 2 y 4 con la siguiente ecuacin-1:

Pin (Psia) Pout (psia) Etapas R estimada

79.7 1019.7 1 12.79422836 79.7 1019.7 2 3.576902061 79.7 1019.7 3 2.338862546

= n

PinPoutR

Nota: La relacin de compresin calculada no considera las prdidas de presin por etapa

de compresin que estn en el orden de 3 5 Psi

La configuracin de 2 y 3 etapas est dentro del rango de R, para establecer el nmero

de etapas definitiva, debe calcularse la temperatura de descarga de las etapas, para

seleccionar la que garantice temperaturas entre 275 300 F; debe establecerse la

presin de descarga de cada etapa de compresin y calcular la temperatura con la

siguiente ecuacin-2:


Notas: - Eisen = 0.75 (Eficiencia isentrpica para compresores

reciprocantes de alta velocidad). - R ajustada: relacin de compresin ajustada considerando las

prdidas en los equipos - La temperatura de salida de los enfriadores interetapas se fijo en

120 F, considerando enfriamiento inperfecto

( )

+=

EisenRxTT

kk

inout11

1

Resultados:

CONFIGURACIN DE DOS ETAPAS Pin (Psia) P(out) Psia R ajustada Tin (F) Tout (F) K

ETAPA-1 79.7 309.7 3.8858 90 302.2383124 1.23 ETAPA-2 304.7 1019.7 3.3466 120 316.3029762 1.23

CONFIGURACIN DE TRES ETAPAS

Pin (Psia) Pout (Psia) R ajustada Tin (F) Tout (F) K ETAPA-1 79.7 189.7 2.38018 90 219.3547128 1.23 ETAPA-2 184.7 440.7 2.38603 120 256.8148507 1.23 ETAPA-3 435.7 1019.7 2.34037 120 253.5295614 1.23

Para dos etapas de compresin, la temperatura de descarga es superior a 300 F, por lo

tanto, se seleccionar la configuracin de tres etapas de compresin.

2. Potencia Requerida

La potencia requerida por etapa, se calcular con la siguiente ecuacin-7:

( )( ) ))3)2()1((5204,14

7.14 xFFxFMMSCFdZavgTinMMCFdBHPBHP

=

Resultados:

BHP/MMCFd (FIGURA-8) Tin (F) Zin Zavg MMPCED

Etapa-1 51.5 90 0.9839 0.9834 5 Etapa-2 51.5 120 0.9693 0.9711 5 Etapa-3 51 120 0.9293 0.94 5

F1

(FIGURA-7) F2

(FIGURA-9) F3

(TABLA-5) BHP/MMPCED BHP

Etapa-1 1 1 1.04 59.10954893 295.5477446 Etapa-2 1 1 1.04 61.55597087 307.7798543 Etapa-3 1 1 1.04 59.00611644 295.0305822

POTENCIA TOTAL (BHP) 898.3581812

Notas: La potencia se verific con un simulador y se obtuvo: 878.4331 BHP


3. Especificar un Compresor Comercial.

El compresor a seleccionar debe ser un compresor reciprocante separable con una

potencia mayor a 754 BHP y con un nmero de cilindros mayor a tres. Al consultar

catlogos de fabricantes (Anexo-2) puede seleccionarse los siguientes compresores:

Marca Modelo Tipo # Cilindros Potencia STROKE Carga

Mxima Dresser Rand 4.5A VIP4 Separable 4 1080 BHP @ 1500 RPM 4.5 pulg 15400 lbs

ARIEL JGJ-4 Separable 4 1240 BHP @ 1800 RPM 3.5 Pulg 23000 lbs AJAX DPC 2804 Integral 3 898 BHP @ 440 RPM 11 Pulg 40000 lbs

4. Dimensionamiento de Los cilindros de Compresin

Para el dimensionamiento, debe establecerse la velocidad de giro del compresor; para

este clculo, se seleccionar el compresor ARIEL JGJ-4, operando a 1600 RPM. Este

clculo provee una estimacin de los cilindros y debe verificarse con el fabricante.

a. Flujo actual:

Debe calcularse el flujo actual de gas a la entrada que es proporcional al

desplazamiento del pistn por minuto, luego con la eficiencia volumtrica se

determina el desplazamiento real considerando el volumen muerto:

Clculo del Flujo Actual de Entrada a la etapa

Pstd Tstd Tin etapa Pin etapa MMPCED Q actual CFM

(entrada etapa) Etapa-1 14.7 529.67 559.67 79.7 5 676.6953279 Etapa-2 14.7 529.67 579.67 184.7 5 302.4359409 Etapa-3 14.7 529.67 579.67 435.7 5 128.2072947

Calculo de la eficiencia Volumetrica Ecuacin -10

Clearance Asumido R K Zin Zout Evz

Etapa-1 20 2.38018 1.23 0.9839 0.9833 73.11739215 Etapa-2 20 2.38603 1.23 0.9693 0.9739 73.24686147 Etapa-3 20 2.34037 1.23 0.9293 0.941 74.22952602


b. Dimetro de los Cilindros:

Se determina el desplazamiento real requerido con la eficiencia volumtrica y se

despeja el dimetro del cilindro de la ecuacin-11.

DIMETRO DEL CILINDRO Q actual CFM Q ideal CFM Stroke RPM D (pulg)

338.6966634 439.207747 3.5 1600 9.352880853Etapa-1 338.6966634 439.207747 3.5 1600 9.352880853

Etapa-2 308.25571 419.677978 3.5 1600 9.14530963Etapa-3 130.6743852 167.491761 3.5 1600 5.835672761

Notas: - Para disminuir el dimetro del cilindro de la primera etapa, se dividi el flujo actual en

dos y utilizar dos cilindros de compresin, ya que el compresor posee cuatro cilindros.

- Se selecciona el dimetro inmediato superior y se ajusta el clculo con el clearance real - La configuracin es de dos cilindros para la primera etapa, un cilindro para la segunda y

la tercera.

Luego de estimar los cilindros requeridos, se seleccionan los comerciales para el

compresor del ARIEL DATABOOK (Anexo-3):

DIMETRO DEL CILINDRO Dseleccion Bore (pulg) Clearance D Acting

9 3/4 RJ 9.75 16.1 SI Etapa-1 9 3/4 RJ 9.75 16.1 SI

Etapa-2 9 3/4 RJ 9.25 19.8 SI Etapa-3 6 3/8 RJ 6.375 16.1 SI

El Clculo de la eficiencia volumetrica de los cilindros, fue reajustado con el clearance

real de los cilindros indicados por el fabricante, como se indica a continuacin:

Calculo de la eficiencia Volumetrica Clearance R K Zin Zout Evz Etapa-1 16.1 2.38018 1.23 0.9839 0.9833 77.11536642 Etapa-2 19.8 2.38603 1.23 0.9693 0.9739 73.45053254 Etapa-3 16.1 2.34037 1.23 0.9293 0.941 78.01839594


c. Cargas en las barras:

Al determinar los cilindros comerciales, se procede a verificar las cargas en las barras

del compresor:

Cargas de compresin aplicadas en el cilindro: Lc= (13) )()( PsAcPdAp

Cargas de tensin aplicadas en el cilindro: LT= (14) )()( PsApPdAc Ac: Efectiva rea (rea del pistn rea de la barra) Ap: rea del pistn Pd: presin de descarga (Psia) Ps: presin de Succin (Psia)

CARGAS EN LAS BARRAS

Area Piston (pulg)

Area Piston - Area rod

(pulg)

Ps Pd Carga

Compresin (lbs)

Carga Traccin

(lbs)

Carga Permisible

Compresin (lbs)

74.66 72.89 79.7 189.7 8353.669 7876.831 23000 Etapa-1 74.66 72.89 79.7 189.7 8353.669 7876.831 23000

Etapa-2 67.2 65.43 179.7 440.7 17857.269 16759.16 23000 Etapa-3 31.92 30.15 379.7 1019.7 21100.869 18623.93 23000

No supera las maximas cargas permisibles; sin embargo, podria evaluarse cambiar la

relacin de compresin para disminuir las cargas en la ultima etapa, pero igual nmero de

cilindros. El compresor queda configuado como se indica en la figura continuacin:

FRAME

Tercera Etapa: Un Cilindro

Segunda Etapa: Un Cilindro Primera Etapa:

Dos Cilindros

iii Compresores Reciprocantes

CONCLUSIONES

En los casos que la composicin del gas sea variable debe seleccionarse un

compresor reciprocante, debido a que son menos sensibles que los compresores

dinmicos a las propiedades cambiantes del gas. Adicionalmente, el compresor

reciprocante posee mayor flexibilidad que el compresor centrfugo; ya que, puede

adaptarse a diferentes rangos de presiones, sin realizar grandes cambios en su

configuracin inicial.

Un equipo de compresin est conformado por varias etapas; una etapa, posee un depurador para eliminar el lquido de la corriente a comprimir, un cilindro de

compresin para aumentar la presin del gas y un enfriador para disminuir la

temperatura del gas luego que este es comprimido para pasar a la etapa siguiente. la

instalacin de un depurador interetapa es obligatoria; a pesar, de que la simulacin

del proceso indique que no existe lquido en la corriente.

La relacin de presin influye en la temperatura de descarga de la etapa y en las cargas aplicadas del compresor; por esto, en cada etapa debe establecerse que nivel

de presin alcanzar, verificando que las cargas en las barras y las temperaturas de

descarga sean inferiores a las admisibles recomendadas por el fabricante del

compresor.

El nmero de etapas de compresin se determina en funcin de las temperaturas de descarga en cada etapa de compresin, y debe ser un nmero que garantice

temperaturas inferiores a las mximas permisibles. A pesar de que el incremento de

una etapa, representa la adicin de un depurador, un cilindro y un enfriador adicional;

si se requiere para que el compresor opere a temperaturas inferiores a las permisibles

debe aumentarse la etapa.

En la montura (frame) del equipo de compresin, se especifican la potencia mxima,

las cargas permisibles y el nmero de cilindros. El nmero de cilindros debe ser igual

o mayor al nmero de etapas requeridas.

iv Compresores Reciprocantes

Una baja presin de succin en los equipos de compresin, genera incremento de la relacin de compresin y aumento de las cargas aplicadas al equipo; para evitar esto,

se instala un sistema de recirculacin que toma el gas de la descarga y lo introduce

en la primera etapa, para compensar la disminucin de presin.

En toda facilidad de compresin, debe instalarse un equipo de separacin primaria o slug catcher aguas arriba del mltiple de succin para evitar la posibilidad de que

algn lquido de forma irregular pueda llegar al compresor.

En la instalacin donde se ubicar el compresor reciprocante debe existir sistemas de seguridad; no obstante, el equipo de compresin debe estar dotado de sistemas de

seguridad que protejan al equipo en caso de emergencias o problemas operacionales,

desviando la produccin hacia el flare y desalojando los fluidos combustibles.

En la planta debe instalarse vlvulas SDV (SHUT DOWN VALVE) y vlvulas BDV (BLOW DOWN VALVE) en la succin aguas debajo de la vlvula de control que desva

hacia el flare y en la descarga. En caso de una emergencia las vlvulas SDV cierren la

entrada de gas a la planta y desvan la produccin al flare, las vlvulas BDV abren y

descargan el gas contenido en los equipos de compresin al sistema de venteo.

El montaje de enfriadores para compresin de gas es integral, se ubica todos los intercambiadores de las etapas mas los requeridos para servicios adicionales

(enfriamiento de agua del motor y compresor) y generalmente poseen un solo

ventilador acoplado directamente al motor del compresor. El enfriamiento interetapa

disminuye el trabajo de compresin y lo hace ms eficiente.

v

BIBLIOGRAFA

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vii

ANEXOS

Documents

84256115-COMPRESORES-RECIPROCANTES