Compresores by Vart

7/22/2019 Compresores by Vart

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Contenido

CUCEIBIBLIOTECACENTRAL

I n t r oducc in vii

Seccin 1 SELECCIN

Compresores y bombas: los impulsores de fluidos ms importantesClaves para la seleccin de compresores

Cmo obtener la mejor distribucin fsica de la plantapara bombas y compresores

Seccin I I CLCULOS Y EVALUACIONES

Evaluacin de compresores centrfugos de etapas mltiplesEmpleo de las curvas de rendimiento para evaluar el comportamientode los compresores centrfugosInterenfriadores y postenfriadores de compresores:prediccin de funcionamiento en condiciones que no son las de diseoEficiencia del compresor: la diferencia est en la definicin;Se puede adaptar un compresor centrfugo?

Una forma fcil de tomar las temperaturas de compresin

Seccin II I CONTROL DE OSCILACIONES

Conceptos bsicos sobre el control de oscilacionesen compresores centrfugosControl mejorado de oscilaciones en compresores centrfugos

Sistemas de control de oscilaciones en turbocompresoresControl de oscilaciones en compresores centrfugos de etapas mltiples

3

15

33

47

52

61

656974

79

89

100110


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ccin IV

ccin V

ccin VI

ccin VII

OPERACIN Y MANTENIMIENTO

Operacin segura de compresores para oxgenoLubricacin de compresores de aireSeleccin y mantenimiento de bielas de compresores reciprocantesGua para compresores sin problemas

119125129134

SELLOS Y EMPAQUETADURAS

Seleccin e instalacin de sellos mecnicos 147Sellos mecnicos: ms duracin, menos mantenimiento 154Deteccin de fallas en sellos mecnicos 160Por qu fallan los sellos mecnicos 171Seleccin e instalacin de empaquetaduras mecnicas 175

MOTORES PRIMARIOS: TURBINAS DE VAPOR Y DE GAS

Turbinas de vapor y de gasConsidrense las turbinas de gas para cargas pesadasEficiencia de la turbina determinada con calculadora programable

187204216

UNIDADES MOTRICES DE VELOCIDAD AJUSTABLE

Seleccin de unidades motrices de velocidad ajustable 225

ccin VIII VENTILADORES Y SOPLADORES

dice

Seleccin de ventiladores y sopladoresVentiladores y sistemas de los ventiladoresEstablecimiento de la curva de rendimiento de un ventilador centrfugoConsidrense los ventiladores de flujo axial cuando se tratede mover gases

243259

277

286291


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Introduccin

Los compresores utilizados en las plantas de la industria de procesos qumicos suelen ser com-plejos, construidos con precisin y costosos. Por ello, su seleccin, operacin y mantenimientodeben ser cuidadosos. Por ejemplo, la operacin incorrecta puede ocasionar oscilaciones de pre-sin (inestabilidad), condicin en la cual se invierte un instante el flujo de gas dentro del compre-

sor. Estas oscilaciones pueden daar los componentes internos del compresor, producir daospor miles de dlares en un corto tiempo y aumentar el costo del tiempo perdido para su repara-cin.

Esta GUA PARA EL USO DE COM PRESORES Y VEN TI LADORES sugeri da por l a Revista Che-mical Engineering, est concebida para ayudar a eliminar las osciIaciones y otros costosos proble-mas. Tambin se describe la seleccin de la mquina adecuada para una aplicacin determina-da. Es una obra completa que abarca todos los aspectos que necesita conocer el ingenieroqumico sobre compresores y ventiladores y temas relacionados, como sellos y empaquetaduras.La informacin contenida en este libro proviene de artculos seleccionados que se publicaron en

Chemical Engineering en los ltimos aos. Es una gua prctica, enfocada a resolver los proble-mas cotidianos de los ingenieros de diseo, planta, operaciones y mantenimiento y les dar losmedios de manejar estas mquinas tan complejas.

Este libro consta de ocho secciones:Seccin1: Seleccin. Incluye tres artculos sobre la seleccin de compresores en las plantas de

las industrias de procesos qumicos. Se describe cmo funcionan, cmo se seleccionan y el mejorlugar para instalarlos en la planta.

Seccin I I :Clculosy evaluaciones. Una serie de artculos que explican y ayudan a simplificar pro-cedimientos como el empleo de las curvas para evaluar el comportamiento de los compresorescentrfugos, la prediccin de funcionamiento en condiciones que no son de diseo en interenfria-dores y postenfriadores, la adaptacin de un compresor centrfugo, la determinacin de las tem-peraturas y otros temas.


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Seccin III: Control de oscilaciones. Se incluyen estrategias de control para eliminar las oscilacio-nes en compresores centrfugos, turbocompresores y de etapas mltiples. Se explican las oscila-ciones de presin en detalle y los mtodos convencionales de control para eliminarlas. Se inclu-yen mtodos mejorados.

Seccin IV: Operacin y mantenimiento. Se presentan aqu las formas de lubricar los compresoresde aire; operar con seguridad los compresores para oxgeno, seleccionar y mantener las bielasde compresores reciprocantes y lograr un funcionamiento sin problemas.

Seccin V: Sellos y empaquetaduras. Se estudian en detalle los sellos mecnicos y empaquetaduras

unto con su seleccin, instalacin, funcionamiento, deteccin de fallas y mantenimiento.Seccin VI: Motores primarios. Se describen las turbinas de vapor y de gas, que son los principa-

les. Estos se utilizan para mover equipos y se detallan su teora y funcionamiento.Seccin VII: Unidades motrices de velocidad ajustable. Se describen los cinco tipos bsicos: c.a.

de estado slido, c. c. de estado slido, mecnicas, electromecnicas y fluidas.Seccin VIII: Ventiladores y sopladores. Se incluyen porque tienen una estrecha relacin con los

compresores. Se muestra la forma de seleccionar ventiladores y sopladores, establecen la curvade rendimiento de un ventilador centrfugo y de emplear los ventiladores de flujo axial para mo-ver gases.

Todo el material que se presenta en las ocho secciones es de ndole general y tan amplio comoha sido posible y le dar al lector vasta informacin acerca de los compresores y equipo relativo.Esta GUA PARA EL USO DE COMPRESORES sugerida por Chemical Engineering seguir siendouna til obra de consulta en aos futuros.


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Seccin 1Seleccin

Compresores y bombas: Los impulsores de fluidos ms importantesClaves para la seleccin de compresoresCmo obtener la mejor distribucin fsica de la planta para bombas y compresores


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Compresores y Bombas:.Los impulsores de fluidosms importantesSe presenta una gua de la estructura y caractersticas de funcionamiento de compresores

y bombas centrfugos y de desplazamiento positivo y la informacin necesaria para ase-

gurar la seleccin correcta y funcionamiento libre de problemas.

Rober t W. Abraham, The Badger Co.

La tendencia en la industria de procesos qumicos esconstruir plantas cada vez ms grandes con equipo de

un solo componente, ms grande y confiable.La confiabilidad del equipo rotatorio siempre se debedefinir en trminos de la duracin esperada de la plantay el tiempo de amortizacin requerido para producirutilidades al propietario. Muchas plantas de productosqumicos tienen una duracin esperada de cinco aos omenos, pues el proceso ya ser anticuado al cabo de eseiempo, mientras que las refineras 0 las plantas petro-

qumicas tienen un tiempo de amortizacin de 10 a 15aos 0 ms.

Hay algunas preguntas de primordial importanciaque parecen no tener relacin entre s, para evaluar, se-

eccionar e instalar equipo rotatorio. Va a ser la plantade proceso continuo o por cargas a lotes? Qu prima seaplica al costo de operacin contra el costo del capital?

cuenta con personal idneo para mantenimiento oe piensa minimizar la mano de obra con un control ms

automtico del proceso?Con esos datos, presentes, se puede tratar de evaluar

y utilizar el equipo existente en el mercado.El corazn de muchos procesos y el que ms pro-

blemas puede ocasionar es el compresor. Cuando se se-ecciona un tipo de compresor, es indispensable contaron todas las condiciones del proceso para su examen.

Si hay algn especialista en la planta, debe estar infor-mado de esas condiciones; no hacerlo, ha ocasionado in-inidad de problemas.

En la figura 1 se ilustran los lmites de funcionamiento de los compresores de mayor empleo en la IPQ. Se

debe tener cuidado al aplicar la figura 1 porque se pue-den utilizar dos o ms tipos de compresores y hay queestudiar las opciones. El primer paso es definir los tipoy principios de funcionamiento de los compresores.Compresores centrfugos

En un compresor centrfugo se produce la presin aaumentar la velocidad del gas que pasa por el impulsory, luego, al recuperarla en forma controlada para pro-ducir el flujo y presin deseados. En la figura 2 se ilus-tran un impulsor y difusor tpicos. La forma de la curva

caracterstica depende del ngulo de los labes del impulsor en el dimetro exterior del mismo y tambin detipo de difusor. En la referencia 1 se presenta la teoray tcnica de operacin de los diferentes tipos de impulsores. Estos compresores suelen ser unitarios, salvo que eflujo sea muy grande o que las necesidades del procesoexijan otra cosa.

La mayor parte de los impulsores para la IPQ son detipo de inclinacin hacia atrs o inversa, que permitemejor control porque su curva de rendimiento tiene ma-yor pendiente. La velocidad en las puntas de un impul-sor convencional suele ser de 800 a 900 ft/s. Estosignifica que el impulsor podr producir alrededor de9 500 ft de carga, lo que depende del gas que se compri-ma. Si se requieren valores ms altos, se emplean com-


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SELECCIN

32 000

16 000

8000

.z 4 0 0 0c9I 2 000

Capacidad de entrada, Milos de f?/min

g. 1 Los compresores cubren lmites amplios para

uso en procesos

de etapas mltiples. Los gases pesados como elopano, el propileno o fren necesitan una reduccinla velocidad en las puntas, porque estos gases tienen

locidades snicas ms bajas, comparadas con el aire.ara ellos, el nmero de Mach relativo en el lado del im-ulsor est limitado a 0.8.

En la referencia bibliogrfica 2 se encuentra un resu-en que describe la razn del cambio de las curvas ca-ctersticas. Cuando se evala un compresor centrfu-

o, se debe prestar mucha atencin al porcentaje de au-ento en la presin, desde el punto normal de funciona-iento hasta el punto de oscilacin. Este punto se definemo el lugar en donde una reduccin adicional en el

ujo ocasionar inestabilidad en forma de flujo a pulsa-ones y pueden ocurrir daos por sobrecalentamiento,lla de los cojinefes por la inversin de empuje o por vi-acin excesiva.Debido a las altas velocidades de los compresores cen-fugos, se debe tener ms cuidado con el balanceo deltor. La industria ha aceptado, en general, la siguientermula para los lmites de vibracin permisibles en el

o rbol del compresor:

donde 2 es el lmite de vibracin permisible, pico aco, en mils (milsimas de pulgada) y rz es la velocidad,rpm. 2 tiene un lmite mximo de 2.0 mil a cualquier

locidad. Debido a las altas velocidades, muchos usua-s especifican la instalacin de monitores de vibracinl tipo sin contacto para detectar las vibraciones excesi-s del eje.Segn sea el sistema para el proceso, se necesitan di-

rsos controles contra oscilacin para evitar que elmpresor llegue al valor en el cual se producen. Por loneral, se debe incluir un factor de seguridad de 5 a% para los controles automticos. Los circuitos de re-t i i l i it t l t

Perfil de

presin

Fig. 2 Flujo de gas en un compresor centrfugo

oscilaciones porque nunca se llegar a la lnea en que seproducen (Fig. 3).

Cuando se aplica una contrapresin ftja en el compre-sor, se debe tener cuidado especial para seleccionar unacurva de rendimiento de pendiente pronunciada; es de-cir, un aumento en la carga de alrededor de 10 a 15 %desde el punto nominal hasta el punto de oscilacin oinestabilidad (Fig. 4). Cuando se recircula el gas en elcircuito contra oscilaciones, hay que enfriarlo antes de

devolverlo a la entrada del compresor. Adems, si se de-sea velocidad variable, se utiliza un control de presinpara regular la velocidad de la unidad motriz.

Capacidad, % del punto nominal

Fig. 3 La resistencia al flujo se debe slo a la

f i i


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COMPRESORES Y BOMBAS:

Cuando se requieren contrapresin y cada porfriccin fijas, se necesitar un sistema contra oscilacio-nes, en especial si pueden haber grandes variaciones enel flujo y la presin (Fig. 5). El aumento en la carga des-de el punto nominal hasta el de oscilacin debe ser,cuando menos, del 10% para tener buena estabilidad.El sistema de control es el mismo que el de la figura 4y, por lo general, estar basado en la medicin del flujoen el compresor. Tambin en este caso se debe enfriarel flujo en derivacin (bypass) antes de devolverlo al com-presor.

Para el proceso, el compresor centrfugo tiene la ven-taja de que enva gas libre de aceite y de que no haypiezas que se desgasten en la corriente del compresor.Hay disponibles varios tipos de sellos de extremo. La se-leccin depende de la presin de succin del compresor,porque casi todos tienen el extremo de descarga equili-brado contra la presin de succin; es decir, los extre-mos de entrada y descarga del compresor tienen la pre-sin de succin. A continuacin se mencionan tipos desellos y sus lmites normales de presin. La configura-cin se muestra en la figura 6

Tipo de sello Presin aproximada,

psigLaberinto 15Anillo de carbn 100Contacto mecnico 500Pelcula de aceite 3 000 0 mayor

Hay variantes de estos sellos. Por ejemplo, si el gas deproceso contiene un componente agrio como el H,S,

Flujo, % del punto nominal

Fig. 4 La contrapresin fija requiere controlcuidadoso

LOS IMPULSORES DE FLUIDOS MAS IMPORTANTES 5

Capacidad, % de la entrada nominal, ft3/minFig. 5 El control antioscilacin maneja la

contrapresin fija

se puede utilizar un gas dulce o neutro como el nitr-geno, para amortiguar la zona entre el sello de contactomecnico o de pelcula de aceite y el gas del proceso(Fig. 6). Se podra utilizar un eductor en combinacincon la inyeccin de gas dulce a fin de que las fugas exter-nas sean en el sentido de la educcin.

La ventaja del sello de laberinto es que es del tipo deholgura sin piezas con rozamiento y es el ms sencillo detodos. Tambin se utiliza entre las etapas (pasos) de loscompresores de etapas mltiples. Su desventaja es lagran cantidad de fugas que permite, las cuales no sepueden tolerar con gases costosos como el nitrgeno o eloxgeno.

Los sellos de anillo de carbn no se suelen utilizarmucho, salvo cuando el gas est limpio o hay un medioamortiguador limpio que incluya un lubricante. Comoestos sellos son de mnima holgura, sufren desgaste. Sonde menor costo que los sellos de pelcula de aceite o decontacto mecnico y tienen la ventaja de que impidenlas fugas externas del gas comprimido.

En el sello de contacto mecnico hay una pelcula deaceite que se mantiene entre sus caras estacionaria y gi-ratoria. Tiene la ventaja de que minimiza el paso deaceite hacia el lado del gas. Tambin es ms o menos in-sensible a la presin diferencial entre la presin de suc-cin del gas y la presin del aceite para sello. Sudesventaja es una posible prdida de la pelcula de acei-

te, lo cual puede ocasionar serios daos en las caras pa-readas.En el sello de pelcula de aceite, como en el de

contacto mecnico, se emplea la pelcula para sellar elgas comprimido de la atmsfera. Al contrario del sello


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SELECCl6N

Se puede agregar unorificio para barrido o parasellado con gas inerte

Presin internadel gas

Laberinto

Entrada aceite limpio

Camisa da,, descarga de

Salida deaceite

Atm6sfera

Salida aceita

sucio Salida aceiteSalida- de aceitesucio

Mechico (de contacto) API 617 Pelcula de lquidog . 6 Los sellos de extremo del eje de compresores centrfugos controlan una serie de presiones con

diversos gases

Se puede agregar un

, Orificio de barrido para

I a p l i c a r vacio

Se puede agregar

un orif ic io para

Anillo de restriccin

Entrada aceite limpio

\ I ICaAsa i n te rna Camisa externa

contacto mecnico, es del tipo con holgura reducidae necesita una diferencia muy precisa entre la presinsuccin y la de sellamiento para minimizar las fugasernas de aceite. Cuando el aceite para el sello es partel sistema de lubricacin, podran ocurrir prdidas ex-sivas y problemas de mantenimiento para eliminar el

eite contaminado y volver a llenar el sistema de lubri-cin. Este tipo de sello se utiliza por las altas presionessuccin que son comunes en la IPQ.

La desventaja de los sistemas de sellos de pelcula deeite y de contacto mecnico es que necesitan controles

complicados, bombas adicionales y un enfriador y filtrodel aceite de sello, si es que se emplea un sistema separa-do para ello. En las referencias bibliogrficas 2 y 3 apa-recen detalles adicionales de los sistemas de aceite parasellos y lubricacin.

Las carcasas de los compresores pueden ser del tipo

dividido o partido, horizontal o verticalmente, con res-pecto al eje.

Para el mantenimiento, es ms fcil el acceso al rotorcon la carcasa dividida horizontalmente que con la quelo est en forma vertical Sin embargo la de tipo


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COMPRESORES Y BOMBAS: LOS IMPULSORES DE FLUIDOS MS IMPORTANTES.

zontal tiene capacidad limitada de presin debido a lagran superficie de sellamiento en la unin. El Subcomitde Equipo Mecnico del API estableci un lineamientoque requiere una unin de sellamiento vertical, y la basepara cambiar a carcasa dividida verticalmente o de ba-rril es:

Fraccin molar de Presin mxima deH,, % trabajo de la carcasa,

% Psk100 20090 22280 25070 295

Cuando se utiliza carcasa dividida en sentido vertical,se debe dejar espacio para sacar la carcasa interna y elrotor.

La seleccin del material para las carcasas y rotoresdepende del gas que se comprima. Algunos estudios re-cientes indican que los gases que contienen sulfuro dehidrgeno (H,S) ocasionan corrosin por esfuerzo enlas piezas muy esforzadas. Para contrarrestarlo, se nece-sitan materiales ms blandos en el impulsor, lo cual re-quiere menores velocidades en las puntas del impulsor.En algunos casos, debido a esta reduccin de la veloci-dad, habr que seleccionar el compresor del tamao in-mediato mayor. Esto quiere decir que se debe informaral fabricante del compresor de todos los componentesdel gas y las condiciones de operacin.

Las ventajas del empleo de un compresor centrfugoson:

1. En el intervalo de 2 000 a 200 000 ft/min, ysegn sea la relacin de presin, este compresor es eco-nmico porque se puede instalar una sola unidad.

2. Ofrece una variacin bastante amplia en el flujocon un cambio pequeo en la carga.

3. La ausencia de piezas rozantes en la corriente decompresin permite trabajar un largo tiempo entre in-tervalos de mantenimiento, siempre y cuando los siste-mas auxiliares de aceite lubricante y aceite de sellosestn correctos.

4. Se pueden obtener grandes volmenes en un lu-gar de tamao pequeo. Esto puede ser una ventajacuando el terreno es muy costoso.

5. Cuando se genera suficiente vapor en el proceso,un compresor centrfugo ser adecuado para moverlocon una turbina de vapor de conexin directa.

6. Su caracterstica es un flujo suave y libre de pul-saciones.

Las desventajas son:1. Los centrfugos son sensibles al peso molecular

del gas que se comprime. Los cambios imprevistos en elpeso molecular pueden hacer que las presiones de des-carga sean muy altas o muy bajas.

2. Se necesitan velocidades muy altas en las puntaspara producir la presin. Con la tendencia a reducir eltamao y a aumentar el flujo, hay que tener mucho mscuidado al balancear los rotores y con los materiales em-pleados en componentes sometidos a grandes esfuerzos.

3. Un aumento pequeo en la cada de presin enel sistema de proceso puede ocasionar reducciones muygrandes en el volumen del compresor.

4. Se requiere un complicado sistema para aceite lubricante y aceite para sellos.

Compresores de desplazamiento positivo

Estos compresores se pueden dividir en rotatorios reciprocantes para las aplicaciones ms comunes en unproceso. Al contrario de los centrfugos, son de capacdad constante y tienen presiones de descarga variablesEn la figura 7 se presenta una curva tpica de rendimiento, para la cual se supone que la presin y temperatura de succin y la presin de descarga son constantesLa capacidad se cambia por la velocidad o con el descargador de la vlvula de succin. Adems, slo hay unapequea variacin en el flujo en una amplia gama depresiones.

Los compresores reciprocantes funcionan con el prin

cipio adiabtico mediante el cual se introduce el gas enel cilindro por las vlvulas de entrada, se retiene y com-prime en el cilindro y sale por las vlvulas de descargaen contra de la presin de descarga. Estos compresorerara vez se emplean como unidades individuales, salvque el proceso requiera funcionamiento intermitentePor ejemplo, si hay que regenerar un catalizador cadados o tres meses o se tiene un suministro de reserva enotra fuente, esto dara tiempo para reparar o reemplazalas vlvulas o anillos de los pistones, si es necesario. Loscompresores reciprocantes tienen piezas en contacto, como los anillos de los pistones con las paredes del cilin-dro, resortes y placas o discos de vlvulas que se acoplancon sus asientos y entre la empaquetadura y la bielaTodas estas partes estn sujetas a desgaste por friccin

Los compresores reciprocantes pueden ser del tipo lubricado o sin lubricar. Si el proceso lo permite, es preferible tener un compresor lubricado, porque las piezadurarn ms. Hay que tener cuidado de no lubricar enexceso, porque la carbonizacin del aceite en las vlvu

Capacidad, % del punto nominal

Curva del compresor de desplazamiento

positivo


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COMPRESORES Y BOMBAS: LOS IMPULSORES DE FLUIDOS MS IMPORTANTES

si puede ocurrir polimerizacin, salvo que se tomen lasprecauciones adecuadas.

Enfriamiento de los cilindros

Si las relaciones de presin son bajas y la temperaturade descarga es de 190F o menor, se puede utilizar unsistema esttico cerrado o uno de enfriamiento por ter-mosifn. En este caso se debe tener cuidado de no hacer-o funcionar durante un tiempo prolongado sin carga.En otra forma, se debe utilizar un sistema forzado concircuito cerrado. La temperatura de entrada del agua deenfriamiento se debe mantener siempre, cuando menos

por arriba de la temperatura de succin del gas deentrada, para evitar que se forme condensacin en el ci-indro del compresor.

La temperatura en la descarga de compresores sin lu-bricacin para procesos se debe mantener a un mximode 350F; en los compresores lubricados se debe mante-ner a 300F. Si se emplean lubricantes sintticos, sepuede aumentar la temperatura a 350F, pero hay quedeterminar que estos lubricantes no acten como remo-

de pintura.Esos lmites se pueden reducir. Por ejemplo, el oxge-

no en compresores no lubricados se debe limitar a unatemperatura de descarga de 300F; en los compresorespara cloro se debe limitar a 225F para evitar la carbo-nizacin (Ref.9)

Cargas, velocidades y pulsacionesdel compresor

Los compresores se clasifican de acuerdo con las car-gas en la biela. Una carrera ms larga significa, por logeneral, mayores cargas nominales en la biela y mayorcapacidad de presin diferencial y de caballaje. La ma-yor parte de los fabricantes han establecido los tamaosrequeridos para la carcasa. Es importante no exceder lascargas en la carcasa y en la biela, ni siquiera cuandounciona la vlvula de seguridad.

Las velocidades promedio del pistn en compresoresno lubricados deben ser de unos 700 ft/min mximo; enos lubricados, puede llegar a un mximo de unos 850

Las velocidades de rotacin en los compresores

de trabajo pesado deben ser inferiores a 600 rpm y toda-va ms bajas en los de alto caballaje, de ms de 400 hp.Las pulsaciones de presin son inherentes en los com-

presores reciprocantes y las ocasiona el movimiento al-ernativo del pistn. Para evitarlas, se instalan amorti-

guadores de pulsaciones lo ms cerca que sea posible delompresor. La siguiente frmula puede servir como

gua para tener mxima limitacin de pulsaciones picoa pico en los tubos de succin y descarga del compresor:

en donde P, es la pulsacin mxima permisible en por-entaje, y p es la presin media efectiva en la tubera,

El valor de P, es el que se obtiene con la frmula,0 1 , lo que sea mayor Si se cumple con estos lmites,

no slo se reducirn las pulsaciones, sino que se tendrmejor funcionamiento de las vlvulas del compresor.

Para tener la seguridad de que el sistema total decompresor es adecuado, incluyendo la tubera y los tanques, el fabricante debe hacer un estudio semejante. Enel caso de sistemas complicados, hay instituciones comoel Southwest Research Institute5 o similares en otropases, que pueden hacer pruebas de vibraciones mecnicas y acsticas.

Una excelente fuente de informacin para compresores reciprocantes es la Norma API 618.6 Si se aplicaaumenta el costo del equipo, pero representa muchoaos de experiencia y puede significar la reduccin decostosas reparaciones al arranque o despus de empezarel funcionamiento.

Compresores rotatorios dedesplazamiento positivo

Hay varios tipos de compresores rotatorios de despla-zamiento positivo, entre ellos estn el de tipo de sopla-dor con lbulos (como el diseo de Rootes), el tipo deespiral rotatorio SRM, el diseo de anillo de agua y deaspas deslizables. Todos tienen el mismo tipo de curvade rendimiento que el compresor reciprocante; es decir,son de capacidad fija con contrapresin variable. Loscompresores rotatorios se prestan ms para las unidadesmotrices de velocidad variable, como las turbinas de va-por, que los compresores reciprocantes. Por lo general,estos compresores tienen una capacidad mxima deunos 25 000 ft3/min, en los de espiral rotatoria y de l-bulos. El diseo de anillo de agua tiene la ventaja de que

el gas no hace contacto con las partes rotatorias metli-cas. Los aspectos crticos son la presin de vapor del gasde entrada, comparada con la presin de vapor del lqui-do que forma el anillo de agua y el aumento de tempera-tura en el mismo. La presin de vapor del fluido parasellos debe ser muy inferior al punto de ebullicin, puesen otra forma se evaporar el anillo de agua, ocasionarprdida de capacidad y quiz serios daos por sobreca-lentamiento.

Como los compresores de aspas deslizables necesitanlubricacin slo se emplean en procesos en que ye puedepermitir la presencia de lubricante. El aceite en la cma-

ra de compresin reduce las temperaturas ,de descargay el consumo de aceite es elevado, por comparacin conuno reciprocante. El compresor de a$as deslizables esmuy compacto, pero tiene la misma desventaja que elreciprocante porque se necesitan piezas con rzamientoen la corriente de gas, y la prdida de lubricante puedeocasionar sobrecalentamiento del cilindro. Estos com-presores necesitan interruptores por alta temperaturadel agua y del aire. La reduccin en la velocidad se limi-ta a alrededor del 60% de la normal, porque la disminu-cin en la fuerza centrfuga produce prdida de elicien-cia de sellamiento.

Los tipos ms comunes de compresores rotatorios dedesplazamiento positivo en la IPQ son los de espiral yde lbulos rotatorios, que ofrecen la ventaja de que el ai-re no contiene aceite, porque no hay contacto con nin-guna parte en la zona de compresin. Su diseo


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1 0 SELECCIN

rio les da una capacidad mucho mayor que la del com-presor reciprocante y sin problemas de pulsaciones.

Se utilizan engranes de sincronizacin para mantenerla.separacin entre los rotores para que no se toquen. Enel soplador del tipo Rootes, estos engranes transmitenalrededor del 30% del par motor, mientras que en losde espiral rotatoria transmiten alrededor del 10% delpar. Como se trata de compresores de desplazamiento

positivo, se debe colocar una vlvula de desahogo entreel compresor y la vlvula de bloque.

determinada flexibilidad. En las de tamao ms grande,hay que construir bases para montarlas. La normal0tambin incluye la dimensin estndar entre las bridas.

2. Segn sea el tamao de la bomba, la viscosidadmxima es entre 3 000 y 5 000 SSU; si es ms elevada,se puede pensar en el empleo de bombas de desplaza-miento positivo. Cuando es posible, se recomienda ca-lentar el lquido para reducir su viscosidad.

3. Las bombas para altas temperaturas y presiones sedeben especificar segn la norma API 610. *El tipo con lbulos de Rootes tiene poca capacidad 4. Es importante comprobar que la carga neta positi-

para presin diferencial; por lo general, de unas 15 psig. va de succin disponible (NPSH,) sea mayor que la re-El de espiral rotatoria puede tener presin diferencial querida (NPSH,) por la bomba. La (NPSH,) se definemucho ms alta. Ambos tienen un deslizamiento fijo como la carga neta positiva de succin disponible mayorque ocasiona derivacin interna y precalentamiento del que la presin de vapor del lquido, ms la carga de suc-gas en la succin. Cuanto ms baja sea la velocidad en cin (o menos la altura de aspiracin), menos las prdi-un tamao dado, mayor ser la derivacin interna. Si la das por friccin. En algunas plantas se utiliza unvelocidad es muy baja, habr sobrecalentamiento, con margen de seguridad de 2 ft o ms entre la (NPSH),posibles daos en los rotores. El fabricante, por tanto, de- requerida y la disponible, para evitar problemas des-be especificar la velocidad mnima de funcionamiento. pus de la instalacin.

Si la temperatura de descarga del compresor de espi-ral rotatoria pasa de 350F, se deben utilizar rotoresenfriados por aceite. Tambin conviene determinar si elfabricante especifica una contrapresin mnima, paraevitar el juego entre dientes de los engranes de sincroni-zacin. Otra precaucin aconsejable es pedir al fabricante que haga un anlisis torsional del compresor y dela unidad motriz

5. Los gases no disueltos en los lquidos alteran la ca-pacidad de las bombas centrfugas; se deben limitar a un5% como mximo.

La primera velocidad crtica lateral en estos compre-sores suele ser mayor que la velocidad de funcionamien-to. Se debe establecer esa velocidad crtica para elcompresor y la unidad motriz, y debe ser, cuando me-nos, 20% ms alta que la mxima de funcionamiento y,adems, ser la velocidad de disparo si se utiliza unidadcon turbina.

Cabe mencionar que estos compresores son muy rui-dosos y no suelen tener proteccin como silenciadores desuccin y descarga, y pueden necesitar casetas con aisla-miento acstico, pues algunos reglamentos ya lo exigen.Vase la referencia 8.

6. Algunos procesos requieren que la bomba funcio-ne con bajo flujo; todas las centrfugas tienen un flujomnimo con el que su funcionamiento es satisfactorio.Si no trabajan con ese mnimo, ocurrir sobrecalenta-miento de la bomba y menor duracin de los cojinetes.La forma de resolver este problema es instalar una vl-vula dederivacin para flujo mnimo (Fig. 9) el cualpuede ser continuo o con control automtico. Si la vl-vula de derivacin tiene control automtico, se abrircuando se llegue al flujo mnimo. Si la carga diferencialpasa de 200 ft. en el tubo para flujo mnimo, se requiereun orificio o puede instalarse una v&ula de control. Elsistema de derivacin continua se emplea cuando se re-quiere poca potencia o baja presin de descarga. El flujoen el orificio para flujo mnimo se debe sumar al del pro-

Controlador da

Orificio Vlyla de derivacin contrapresinSI \Bombas para procesosEn casi todos los procesos, se transfiere el lquido de

un recipiente a otro con una bomba. La ms comn esla bomba centrfuga, que funciona con los mismos prin-cipios que los compresores de ese tipo, excepto que el l-quido que manejan es incompresible. Sus grandesespacios libres y el hecho de que no tienen piezas endonde haya rozamiento, excepto los cojinetes y sellos,les han .dado la preferencia en muchas aplicaciones.

Algunos lineamientos para especificar y evaluar lasbombas centrfugas son: ::

1. Para capacidad de 20 a 500 gpm, se utilizan bom-bas horizontales de la norma B73.1-1974 ANSI,O,aunque tambin las hay con capacidades hasta ,de 1 500gpm. Estas bombas suelen estar limitadas a unos 500F.Es probable que las de menos de 20 gpm necesiten unaderivacin con flujo mximo. Las bombas verticales, enlnea, tienen la ventaja de que no necesitan cimentacio-nes en los tamaos de menos de 50 hp ni tuberas con

1I

FT0

Orificio para Controlador de contrapresin

B o m b a b. Cont i nua

Fig. 9 La derivacin mantiene la bomba en funcionamilcon bajo flujo


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COMPRESORES Y BOMBAS: LOS IMPULSORES DE FLUIDOS MAS IMPORTANTES 1

ceso cuando se determine el tamao de la bomba. Losorificios deben ser del tipo de pasos mltiples si la cargadiferencial es de 300 ft. o ms, o cuando ocurre vapori-zacin. En ambos sistemas, el flujo mnimo normal esde 20 a 25 % del que hay en el punto de mxima eficien-cia. El aumento en la carga debe ser, cuando menos, de10 % entre el valor nominal y el punto de corte. Para notener que calentar el flujo de succin, el flujo mnimo

siempre se debe devolver al recipiente de succin y noal tubo de succin de la bomba. Estos sistemas slo senecesitan si puede variar el flujo del proceso; si ste esfijo y cerca de su valor nominal, no se necesitan vlvulasde derivacin.

7. Cuando sea posible, es conveniente emplear moto-res elctricos bipolares. Cuanto ms alta sea la veloci-dad, mayor ser la eficiencia y menor el costo de labomba, aunque sta requiere una NPSH ms alta.Siempre se debe ponderar el costo de la bomba en con-tra del de elevar un recipiente para tener NPSH adecua-da.

8. Siempre se deben especificar bombas que tengancurvas de ascenso constante. Las bombas que funcionanen paralelo deben tener un ascenso de 15 % entre el pun-to nominal y el corte.

9. Se debe tener cuidado con las bombas con impul-sor de flujo mixto, en particular con las de capacidadmayor a 2 000 gpm, porque algunas pueden tener pre-sin de corte hasta 200% de la nominal. Esto puede oca-sionar problemas en el equipo de corriente abajo, por locual se debe disear para la presin de corte o instalaruna vlvula de desahogo.

10. Las bombas centrfugas no son autocebantes y

deben tener succin inundada o, cuando hay altura deaspiracin, un dispositivo para vaco con el fin de redu-cir la presin en la carcasa de la bomba para que el lqui-do pueda entrar en ella por la diferencia de presin. Noobstante, hay bombas centrfugas autocebantes.

ll . Para servicio con temperaturas mayores deen bombas grandes de una etapa o en las de eta-

pas mltiples para ms de 150F, se debe tener un siste-ma de calentamiento para asegurar una dilatacintrmica uniforme.

12. Las primeras velocidades crticas en las bombasde una etapa suelen ser mayores que la de funciona-

miento. Pero, en bombas de etapas mltiples sta puedeser menor que la primera velocidad crtica.13. La mayor parte de las bombas centrfugas tienen

velocidad especfica inferior a 2 OOOJ3. En las bombasgrandes para torres de enfriamiento o para carga puedeser hasta de 5 000:

en donde: N, es la velocidad especfica, n es la veloci-dad, rpm, Q es el flujo, gpm y Hes la carga, ft. en elpunto de mxima eficiencia.

Las bombas centrfugas suelen tener control por flujo

o por nivel. Al contrario de la curva caracterstica delcompresor centrfugo, la de la bomba, por lo general,sube desde el punto nominal hasta el de corte.

Si la bomba es de tamao mayor al necesario y la pre-i d l i t b j l b b d f i l

3 0

s!z

Capacidad -Fig. 10 La viscosidad iel lquido influye en la bomb

centrfuga

nal de la curva, lo que ocasionar vibracin excesiva mayores cargas en los cojinetes. Si se necesita capacidadadicional para el futuro, hay que utilizar un controladode flujo con una derivacin para mnimo flujo segn lacondiciones actuales de operacin.

En las bombas que manejan lquidos con viscosidamayor de 100 SSU, se debe determinar si hay una posble correccin por viscosidad.13 En la figura 10 se presenta un ejemplo de cmo la viscosidad puede influir enla curva de rendimiento de la bomba. Se vern la cada

en la capacidad y la carga cuando se trabaja eon un lquido viscoso. La cantidad de reduccin de la carga del flujo dependen de la viscosidad del lquido y del tipoy tamao de la bomba. En la curva (Fig. 10) habra queincrementar el impulsor seleccionado hasta el punto si se desea operar en el punto A. Si se selecciona el motor sin tener en cuenta la disminucin en la eficienciapuede ocurrir sobrecarga del motor en el punto A.

Flujo, gpm

Fig. Il Las bombas tienen muchas capacidades pard


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12 SELECCIN

f

Pis tn ax ia l

Aspas Externas

--

T r e s l b u l o s

Fuente: Hydraulic Institute Standars

Engranes externos

Engranes in te rnos

(s in med ia luna)

Espiral sencilla

Camisa f l ex ib le

Esp i r a l d o b l e

Engranes in te rnos

(con med ia luna)

Pis tn c i rcun fe renc ia1

Esp i r a l y rueda

Tres esp i ra les

Fig. 12 Las bombas rotatorias de desplazamiento positivo manejan muchos lquidos, por lo generalviscosos con flujos hasta de gpm


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COMPRESORES Y BOMBAS: LOS IMPULSORES DE FLUIDOS MS IMPORTANTES 1

.O3LL

.Tii

.O=G

Dp lex

0 90 180 270 360 90 180Ang u lo del c ig e a l, gr ados

Fig. 13 Flujo de descarga de bombas reciprocantes

La mayor parte de las bombas para la IPQ tienen se-llos mecnicos, los cuales son de los tipos balanceado odesbalanceado, segn sean la presin en el prensaesto-pas y la velocidad perifrica de las caras correlativas delos sellos. Se emplean, por lo general, sellos sencillos,excepto si el lquido es peligroso o abrasivo; entonces seemplea sello doble.

Bombas de desplazamiento positivo

Estas bombas suelen ser adecuadas para aplicacionescon bajo flujo y carga elevada (Fig. 11). Siempre que sea

posible, se deben utilizar bombas centrfugas. Para vis-cosidades mayores de 3 000 SSU, se debe pensar prime-ro en una bomba rotatoria. Para flujos de alrededor de100 gpm y con viscosidades de 100 SSU y mayores, senecesitan bombas de desplazamiento positivo. Los tiposgenerales para los procesos qumicos son reciprocanteso rotatorias, sean stas de engranes o de espiral. Estasbombas funcionan con los mismos principios que loscompresores de desplazamiento positivo excepto que ellquido no se puede comprimir a presiones inferiores a3 000 psi; si son mayores, hay que tener en cuenta lacompresibilidad. Adems, tienen espacios libres muy

de bombas rotatorias. Igual que en los compresores dedesplazamiento positivo, la capacidad permanece cons-tante, pero vara la contrapresin.

Las bombas reciprocantes suelen ser para bajo volu-men; igual que en el compresor reciprocante, el movi-miento rotatorio se convierte en alternativo con uncigeal y una cruceta. Se succiona el lquido hacia elcilindro y se le aplica presin en contra de la vlvula dedescarga del sistema. Estas bombas tambin tienen flujoo pulsaciones; para reducirlo, se deben mantener bajas

velocidades en el lado de succin, de 2 a 3 ft/s o menos,y las velocidades de descarga deben ser de 3 a 4 ft/s. Laspulsaciones tambin se pueden reducir con un amorti-guador o un acumulador.

Las bombas reciprocantes grandes se suelen especifcar del tipo trplex para reducir las pulsaciones. En la fgura 13 se ilustra la diferencia entre las curvas de unbomba smplex, una dplex y una trplex, espaciadas esta 120, y adems tiene una curva mucho ms suaveCuando se calcule la NPSH disponible, hay que tener encuenta la carga de aceleracin y la velocidad mximpara la bomba trplex. En la Ref. 14 aparece un procedmiento detallado para el clculo de la NPSHdisponibl

en bombas reciprocantes.En las bombas reciprocantes se utiliza una empaque

tadura o un sello de anillos en V; esto significa que sdeben descargar las fugas en algn lugar, lo cual se debtener en cuenta al instalar el equipo. Las bombas reciprocantes pequeas, de menos de 25 hp, tienen unidades motrices de velocidad variable, como la Reeves. Enlas de ms de 25 hp se pueden emplear motores elctrcos de velocidad variable, con acoplamiento por corrientes parsitas o acoplamiento fluido. Las unidademotrices normales para las bombas reciprocantes socon motor elctrico y un reductor de engranes que deb

tener un factor de servicio mnimo de 2.017. El motodebe ser de un tamao que funcione segn la graduacide la vlvula de desahogo para evitar sobrecargarlo.

Las bombas rotatorias pueden ser de engranes o despiral rotatoria, con engranes de sincronizacin o siellos, y se emplean para materiales viscosos. Estas bombas no son muy adecuadas,para lquidos abrasivos o d

De impu ls i n De reacc in

/

Fig. 14

En movim iento En mov imiento

~?addpfigdei

Flujo de vapor en turbinas de impulsin y dreaccin


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Claves paracompresores

la seleccin de

El manej o de gases en l as plant as de proceso va desde presiones muy al t as hasta un

vaco en muchas condi cionesdecfuj o. Se present a un anl i sis de las caracterst i casdel equi po para hacer una sel eccin prel imi nar del compresor de ti po y t amao

adecuados

Richard F. Neerken, The Ralph A4.Parsons Co.

En las industrias de procesos qumicos se utilizan el ingeniero de proyectos. La seleccin se basa en lcompresores de todos los tipos y tamaos para aire y ga- fundamentos de la termodinmica, y no se debe consses. derar que sea tan difcil o complicada, que slo los fabr

En este artculo se presentar una descripcin general cantes puedan hacer la eleccin inicial del compresde todos los tipos de compresores, como ejemplos espec- para condiciones dadas del proceso.fkos para indicar la forma en que los puede seleccionar Algunas aplicaciones tpicas son:


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SELECCIN

n Compresores de aire para servicios e instrumentos

casi cualquier planta.Sopladores sencillos en plantas de recuperacin defre.

Sopladores grandes en unidades de craqueo catal-.

1 Tipos de compresores para procesos qumicos

n Compresores de refrigeracin de baja temperatura

en unidades para etileno, polietileno o p-xileno.w Compresores de alta presin para gas de alimen-tacin, reforzadores y para gas recirculado en plantas dehidrocarburos, amoniaco y sntesis de metanol.

Los compresores son del tipo dinmico o de desplaza-miento positivo (Fig. 1). Los dinmicos incluyen centr-fugos de flujo radial y axial y, en menor grado, los deemisin parcial para bajo flujo. Los tipos de desplaza-miento positivo son de dos categoras bsicas: recipro-cantes y rotatorios. El compresor reciprocante tiene unoo ms cilindros en los cuales hay un pistn o mbolo demovimiento alternativo, que desplaza un volumen posi-

tivo con cada carrera. Los rotatorios incluyen los tiposde lbulos, espiral, aspas o paletas y anillo de lquido,cada uno con una carcasa, con uno o ms elementos ro-tatorios que se acoplan entre s, como los lbulos o lasespirales, o desplazan un volumen fijo en cada rotacin.Condiciones de funcionamiento

Se debe tener cierta informacin acerca de a) las con-diciones de funcionamiento de cualquier compresor y b)las propiedades del aire, gas o mezcla de gases que se vaa comprimir

El anlisis del gas se suele expresar en porcentaje envolumen. Un anlisis mola1 se puede convertir con faci-lidad en un anlisis en porcentaje mola1 para determinarlas propiedades de la mezcla de gases. En los compreso-res de aire se requiere la humedad relativa o


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CLAVES PARA LA SELECCl6N DE COMPRESORES 21primido a 125 psig. En servicio con gases, en especial sison corrosivos, txicos 0 estn sucios, no se utilizan mu-cho. En este tipo, los impulsores estn montados sobreejes de piones que giran a diferentes velocidades en lasetapas sucesivas. Esto le permite al diseador lograr p-timas dimensiones y eficiencia con un volumen de aireo de gas que se reduce en forma continua, debido a lacompresin. Esto permite que el compresor sea ms eh-ciente que los convencionales de un solo eje para gas oaire.

Un derivado delbmpresor de etapas m quese utiliza mucho,&tipo de carcasa con tornillos exter-nos o modular, destinado a servicio con aire o gas a bajapresin. Se utiliza para flujos de entre 400 y 20 000PCMS con cargas hasta de 18 000 a 20 000 (ft-lb)/lb. Lacarcasa se ensambla por mdulos, que son anillos en for-

Impulsor radial abierto

Impulsor con inductor abierto

Impulsor cerrado

Fig. 3 Impulsores de una etapa para compresores

0.6 1 2 3 4 6 810 2 0 3 0 60 1 0 0Capacidad a las condiciones de succin, miles de fs/min

Fig. 4 Eficiencia de compresores centrfugos deetapas mltiples

ma de rosca que contienen, cada uno, una seccin de di-fusor y un impulsor; funciona de 3 000 a 4 OOO~r;em, loque permite el empleo de cojinetes de bolas con anillode aceite o lubricados con grasa.J Adems, las bajas velo-cidades en las puntas permiten emplear impulsores dealuminio fundido o fabricado, en vez de los ms costososde acero forjado que se utilizan en compresores para ve-locidades ms altas.

Tambin hay tipos modulares para velocidades msaltas, para flujos de 500 a 15 000 ft3/min y cargas hastade 60 000 ft, con una sola carcasa. Este tipo modular tie-ne cojinetes, sellos, eje e impulsor para alta velocidad,pero cuesta mucho menos que el de etapas mltiples concarcasa dividida en sentido horizontal.

Todos estos tipos tienen limitaciones mecnicas, debi-das a la rigidez del eje y cojinetes, flexin del eje, veloci-

dad crtica y problemas dinmicos con el rotor. Cuandoel proceso requiere mayor carga que la que se puedeproducir con el nmero mximo de impulsores en unasola carcasa, se pueden utilizar dos o tres carcasas en se-rie hasta con 25 o 30 impulsores en serie. La seleccinde esta combinacin tambin requiere determinar lo si-guiente, es decir, a) calcular los PCMS (ft3/min en lasuccin) con cualquier carcasa que se considere, b) car-ga adiabtica o politrpica total en esa etapa o secciny c) hacer concordar los tamaos y velocidades disponi-bles para carcasas e impulsores, con engranes de reduc-cin de velocidad o sin ellos, para obtener la serie

completa de carcasas.Antes de \selecciom un compresor de etapas mlti-ples, hay que tener muy en cuenta el aumento de&ratura durante la compresin. Si las temperaturas dedescarga son superiores a 350F, se debe inchrir algnsistema para enfriar el gas, con el fin de evitar el riesgocon los gases calientes de descarga o problemas con losmateriales de construccin a altas temperaturas. Por logeneral, se necesitan interenfriadores para los gases des-pus de cada etapa, antes de que haya compresin adi-cional (en algunos tipos) o despus de cada ciertonmero de etapas.JMtodos para clculos

El flujo en peso, la capacidad de succin, la cargaadiabtica o la politrpica y el caballaje aproximado se


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CLAVES PARA LA SELECCIN DE COMPRESORES 2

pueden calcular con rapidez mediante las relaciones b-sicas ya descritas. En los dos ejemplos siguientes se resu-men los procedimientos.

Ejemplo 3. Hay que hacer una seleccin preliminar deun compresor centrfugo para manejar 80 MMPCDEde un gas recirculado con peso molecular de 5.524. Seutilizarn los mtodos para una carga politrpica total.En la tabla II aparecen otros datos pertinentes y los

clculos requeridos.Ejemplo 4. Se har una seleccin preliminar de uncompresor centrfugo para manejar una corriente prin-cipal de 64 200 lb/h y una corriente lateral adicional de42 300 lb/h de propano. Se utilizar el mtodo que re-quiere un diagrama de Mollier. En la tabla III aparecenotros datos pertinentes y los clculos requeridos.

Para efectuar los clculos de los ejemplos 3 y 4, se ne-cesitarn informacin y explicacin adicionales del con-tenido de las tablas II y III.

En la figura 4 y en la tabla IV aparecen algunos valo-res representativos de la eficiencia politrpica, lmites de

flujo, dimetro del impulsor y coeficiente de carga paralos compresores que hay en el mercado. Para datos msespecficos, se debe consultar al fabricante.

El coeficiente de carga p y el coeficiente de flujo 4, sonvalores adimensionales que se utilizan para describir elrendimiento de cualquier impulsor sencillo o grupo deellos en el compresor. La relacin se puede presentarcomo curva de rendimiento (Fig. 5). Se escoge el valorde ~1 a la mxima eficiencia, o cerca de ella, para la selec-cin primaria. Los coeficientes de carga y de flujo se de-finen con:

P = H,,g/@ (16)$=100Q, / ND3 (17)en donde H,* es la carga por etapa, ft., g es la constan-te de la gravedad, 32.2 ft/s2, U es la velocidad en lapunta del impulsor, ft/s, Q es la capacidad en la entra-da, ft3/min, N es la velocidad del impulsor, rpm, y Des el dimetro del impulsor, ft.

Los valores reales de p y la forma de la curva depen-den del diseo del impulsor7. Se necesita informacin

Coeficiente de flujo, 6Fi 5 R di i t d t f

Velocadad del rbol. N. mh?s de rpm

7 06 05 0

Velocidad del rbol, N. miles de rpm

Fig. 6 Perdidas por friccin en cojinetes y sellos

adicional respecto al punto de oscilacin (inestabilidad)y el aumento en la carga, antes de tratar de calcular laforma de una curva real.

Despus de determinar el caballaje para el gas concualquiera de los mtodos, se deben sumar las prdidasde caballaje por friccin en los cojinetes, sellos y engra-nes de reduccin. En la figura 6 se muestran las prdidas probables para compresores convencionales deetapas mltiples, con base en que tengan sellos de pel-cula de aceites.

Todos estos clculos slo dan resultados preliminares.

El diseador del compresor hace determinaciones msexactas con base en los datos de un impulsor, lo cualpermite una seleccin rueda a rueda en la que el ren-dimiento de cada una se determina sobre la base de suscondiciones especficas en la entrada y despus se sumanpara obtener el rendimiento total.

Control de los compresores centrfugos

Cuando cambia cualquiera de los siguientes parmetros: peso molecular, razn de los calores especficos,presin o temperatura de succin o descarga, con res-

pecto al flujo, se llega a un punto diferente en la curvade carga contra capacidad en cualquier compresor, puesste produce carga, pero no presin.

En los compresores y sopladores (ventiladores) centr-fugos se aplican las leyes de los ventiladores o leyes


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4 SELECCI N

abla IV Valores para la seleccin preliminar decompresores centrfugos de etapasmltiples

TamaAonominal

1

2

3

4

5

6

7- -Con

Coeficiente de

L m ites de f lu jo , ca rga*, p romed io ,

ft3/min P800 a 2, 000 0. 46

1,500 a 7,000 0.49 a 0. 504.000 a 12, 000 0.50 a 0.51

6,000 a 17,000 0.51 a 0.52

8, 000 a 35, 000 0. 51 a 0. 52

35,000 a 65,060 0.53

65,000 a 100,000 0.54;a an impulsores con labes de inclin

da labes radiales tienen valores mas altos

Dihmetro nominaldel impulsor, D,

I n

14 a 16

17 a 19

21 a22

24

32

42 a 45

54 a 60

i 6n i nversa; l os

e afinidad referentes a la variacin en la capacidad y carga, como funcin de la velocidad.

n donde N es la velocidad, (2 es la capacidad en la en-ada y H es la carga.Por tanto, la forma ms eficaz de hacer corresponder

caracterstica del compresor con la salida requerida,s cambiar la velocidad de acuerdo con la ecuacin (18).sta es una de las ventajas principales del empleo de tur-inas de vapor o de gas para impulsar el compresor,orque son idneas para funcionar con velocidad va-

able. Con estas unidades motrices, el operador puedeontrolar la velocidad en forma manual al ajustar el re-ulador de la turbina. 0 bien, el ajuste de velocidaduede ser automtico con un controlador neumtico oectrnico, que cambia la velocidad en respuesta a una

eal de flujo o de presin.Para unidades motrices de velocidad constante, como

s motores elctricos, el compresor se debe controlar enna de tres formas:

1. Aspas de gua de la admisin (la ms eficiente)2. Estrangulacin de la presin de succin3. Estrangulacin de la presin de descarga (la me-

os eficiente)Las aspas o paletas de gua de la admisin son aspas

jas de ajuste manual o automtico en la entrada a larimera etapa (y a veces en las sucesivas) que hacen queambie el ngulo de aproximacin del gas con relacin impulsor giratorio. Esto cambia la caracterstica deujo en respuesta a las variaciones de los requisit s dearga. En la figura 7 se ilustra el efecto de este c trolobre la carga y la capacidad. Aunque.las aspas 60e guae la admisin son las ms eficientes, hay que estudiaraspecto econmico porque son costosas, complejas en

gunos tipos de mquinas y son un componente adicio-

al que requiere mantenimiento y ajuste.Un trmino medio para lograr sencillez y eficiencia

uele ser la estrangulacin de la succin. Esto producena presin de succin ligeramente ms baja que la dei d t t l l d i l

sin de descarga permanece constante; lo que se puedehacer concordar con la curva de carga contra la capaci-dad del compresor; es decir, mayor carga con flujo redu-cido. Cuando se estrangula la succin, se reduce ladensidad del gas y se llega a tener correspondencia entreel flujo en peso requerido con la capacidad de volumende succin del compresor en otros puntos de la curva decarga contra capacidad.

El mtodo de control menos eficiente es la estrangula-cin de la descarga. Con un flujo reducido, el compresorproduce carga (y presin) mayores que las que necesitael proceso; stas se estrangulan antes de que lleguen alequipo, pero el caballaje para la compresin se desperdi-cia y de ah proviene la inefciencia relativa. Sin embar-go, este mtodo tiene la ventaja de que es muy sencillo,y se aplica a menudo en compresores de poco caballaje,en donde no importa la inefkiencia.

Control de oscilaciones encompresores centrfugos

Todos los compresores dinmicos tienen un intervalolimitado de capacidad, a velocidad fija, para una selec-cin dada de impulsores. Por debajo del valor mnimo,que suele ser de 50 a 70% del nominal, el compresortendr oscilaciones; es decir, inestabilidad de funciona-miento. Entonces, pueden ocurrir vibraciones excesivasy fallas 0 paros repentinos.

Es esencial disear todos los sistemas de compresorespara evitar oscilaciones (inestabilidad) cuando funcio-nan y, por lo general, se logra utilizando algn tipo decontrol antioscilacin. El ms sencillo se utiliza en los

compresores de aire y consiste en una vlvula de purgaautomtica, que se abre y deja salir el exceso de capaci-dad a la atmsfera, si el flujo requerido en el proceso esmuy bajo. A veces, se utilizan mtodos ms eficientes abase de vlvulas de control de la succin.

Nota. Tambin hay unidades motrices con motor elctrico de veloci-dad variable, pero rara vez se emplean en las industrias de procesosqumicos. Los motores de dos velocidades o de rotor devanado de ve-locidad mltiple pueden ser un problema en zonas peligrosas. Los em-,bragues o acoplamientos elctricos o hidrulicos pueden ocasionarproblemas de mantenimiento y suelen ser ineficientes cuando trabajanen condiciones que no son de diseo.

s1 2 0

&-oL

1 1 0

- 1 0 0: :E 9 0 s.- 80 lOOcc2:d O 80 mmc,m 60 60 ,+maU 40 ;j

dd20 40 60 80 100 1 2 0

Capacidad, % de la nominal

Fig. 7 Las aspas de gua de entrada influyen en el

di i t


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Se puede agregar un

4 orificio para barrido ora sellado con gas inerte

Presibn interna

8. laberinto

CLAVES PARA LA SELECCIN DE COMPRESORES

m Entrada de aceite l impioH presih

Asi ent o est aci on ar io

Salida de aceite

Presi6n interna del At m sf er aSalida de aceite

sucio

b. Mechico (de contacto)

S e p u e d e

agregar unorificio para

sellado

Entrada de aceite l impio

Buje interno Buje #externo /

Salida aceite Saiidasucio aceite

d . Pallcula de l quido con bujes c i l ndr icos

At m sf er a Recirculacin Presin

aceite limoio interna del

da aceite sucioSalide aceite Entrada aceitelimpio

25

e. Pelkx~la de Ifquido con buja de bombeo

Fig. 8 Los sellos de extremo del hrbol de compresoresrotatorios retienen el gas que secomprime o permiten fugas controladas

c. Anillo de restricci6n


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6 SELECCl6NCon un gas que no se puede desperdiciar, el controltioscilacin ms comn es un control de derivacin,sea el que devuelve el flujo indeseado a la fuente deccin. Como este gas ya ha sido comprimido y su tem-ratura es ms alta, hay que enfriarlo antes de que en- por segunda vez en el compresor, y se puedecesitar un enfriador en la derivacin. En sistemas ennde la fuente de succin es de tamao suficiente o est

cierta distancia, con lo cual el calor se disipa por mez-ado o radiacin, quiz no se necesite el enfriador.Hay en el mercado algunos sistemas antioscilacin,

ue fabrican empresas especializadas en control de pro-sos. Quiz sea preferible comprar el sistema que dise-

ellos para el rbol deompresores rotatorios

Se necesitan sellos en el rbol de todos los compreso-s rotatorios, para contener el gas que se co rime 0-ira permitir una fuga controlada. Los sellos son deatro tipos bsicos: 1) de laberinto, 2) anillo de restric-n (de carbono) 3) de pelcula de aceite y 4) de contac-mcanico (Fig.8)6Los tipos de laberinto o de anillos de restriccin sloutilizan~cuando se pueden permitir determinadas fu-s de aire o de gas. Los de pelcula de aceite se utilizann gases de proceso, en especial los que contienen im-rezas que son peligrosas o txicas, como el sulfuro de

drgeno. El tipo de contacto mecnico se puede em-ear con la mayor parte de los gases, pero casi siemprera gases limpios de hidrocarburos pesados, refrige-

ntes, etc.En ocasiones se necesitar un gas amortiguador paraner una amortizacin entre el gas comprimido y la at-

sfera, y se emplea a menudo cuando se comprimenses peligrosos o txicos, de los cuales no se puedenrmitir fugas. Este sistema tiene la desventaja de quecesita un suministro externo de gas a una presinayor que la de succin del compresor. En el sistemambin se necesita un gas amortiguador limpio ympatible con el que se comprime, porque algo del gasortiguador se puede escapar hacia dentro, y que su

ministro sea continuo. Si no es posible, se puede nece-ZEv 1

Capacidad, % del valor de diseo

. 9 Control de aspas del estator en el compresor

i l

sitar tambin un gas de apoyo, como nitrgeno en cilin-dros, con lo que el sistema se vuelve muy complicado ycostoso.

Sistemas de aceite para lubricacin y sellos

Cuando se utilizan sellos de pelcula de aceite o decontacto mecnico, se necesita aceite para sellos, que

suele ser con un sistema integrado con recirculacin, elcual enva aceite a presin a los sellos y recibe el aceiteque descargan en una o dos corrientes separadas, si esque hay aceite contaminado o sucio por contacto con elgas.

Por ejemplo, si el gas contiene sulfuro de hidrgeno,se contaminar el aceite que escapa hacia dentro y se po-ne en contacto con el gas. Este aceite se descarga por se-parado en trampas para ese propsito, con el fin dedesecharlo o, a veces, regenerarlo para un nuevo empleo.

Si el gas no es txico, las trampas para el escurrimientointerno se pueden conectar con el sistema de retorno de

aceite para sellos, con el fin de aprovechar el aceite.En todos los compresores centrfugos que tienen coji-

netes de manguito (chumaceras) lubricadas a presin, senecesita un sistema de lubricacin: tambin se empleauno semejante en cualquier compresor que necesiteaceite para sellos. Se pueden combinar en un solo siste-ma o bien en uno que tenga bomba reforzadora para au-mentar la presin del aceite para sellos hasta larequerida. En las instalaciones ms complejas, se nece-sitan sistemas separados de aceite lubricante y para se-l los.

Estos sistemas los suele incluir el fabricante del

compresor o de la unidad motriz, y puede servir para lu-bricar los cojinetes del compresor y de la unidad. En al-gunos casos especiales, la unidad motriz tendr supropio suministro de aceite. Por lo general, se especificaque los sistemas los monte el fabricante en una consolao una placa de base junto al compresor. A veces, en sis-temas pequeos y sencillos, el equipo de lubricacinpuede estar montado en la misma base que el compresoro la turbina. Para mayor informacin, vese la Ref. 10

Compresores de flujo axial

En estos compresores, el flujo del gas es paralelo al ejeo rbol del compresor y no cambia de sentido como enlos centrfugos de flujo radial. Los lmites de capacidadde los compresores axiales (Fig. 2) est a la derecha delos centrfugos, lo cual indica el empleo de axiales paraflujos ms grandes que los centrfugos, La carga por eta-pa del axial es mucho menor (menos de la mitad) quela de una del tipo centrfugo; por ello, la mayor partede los axiales son de cierto nmero de etapas en serie.Cada etapa consta de aspas rotatorias y fijas. En un di-seo de reaccin de 50%, la mitad del aumento de lapresin ocurre en las aspas del rotor, y la segunda mi-

tad, en las del estator.Los compresores de flujo axial estn disponibles desde

unos 20 000 PCMS hasta ms de 400 000 PCMS y pro-ducen presiones de hasta 65 psig en un compresor in-d i l i d 12 d d 100


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Tabla VI Ejemplo 5. M6todo del caballaje por millnCS.xlo de compresores reciprocantes

Hidrgeno + hidrocarburo

208 - 2 = 206 (-prdida en ellamortiguador de pulsos)

Temperatura de succin, RPresin de descarga, Ppsia 1 885 + 19 = 1 904 Dada ( + prdidas en el

cDn=wMS~P~(104)zCorreccin en la gravedad especfica,

total al freno bh

rea, lado cigeia1.A rd, inCarga en l cuerpo, compresin, Fc, IbCarga en el cuerpo, tensin, F,, IbLmite de carga en l cuerpo, Ib 150 000

Con base en cuerpos disponibles+ tResumen: La seleccin preliminar es un compresor de tres cil indros, carrera de 18 in, que t rabaje a 277 rpm. con uncilindro de 24.1/4in (primera etapa), un cilindro de 17 in (segunda etapa) y un cilindro de 12 in (tercera etapa). Todos IOScilindros son de doble accin. La unidad motriz es de 6 000 hp.


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0 S E L E C C I N

En un cilindro de doble accin, cuando el pistn semueve hacia dentro en direccin al cigeal, la carga en

cuerpo, Fc, se calcula conF, = f&, - PA (23)

dicha carga, en tensin, F,, cuando el pistn se alejael cigeal, es:

6 = PAp - Pd, (24)n donde Fcy F,son en Ib; PJy Pd son las presiones deuccin y descarga, psi; A, es la rea de la cabeza delistn, in y Acces la rea del pistn en el lado del cige-al, in2. En la figura 12 se ven estas relaciones con cla-dadEl cuerpo de todo compresor tiene valores mximos

ara su carga, que no se deben sobrepasar en funciona-iento normal. Se prefiere que los valores calculados no

xcedan de 60% a 75% de la resistencia mxima calcu-da del cuerpo.

Se deben especificar los lmites de velocidad de rota-n Ny la velocidad promedio del pistn, Up, para noleccionar un compresor que funcione a mucha veloci-

ad, tenga desgaste excesivo y requiera mucho mante-miento.

u, = 2N(L/12) (25)n donde U,es la velocidad del pistn, ft/min, N es laelocidad de rotacin, rpm, y L es la carrera, in. El lmi-

general de la velocidad del pistn en un compresor ese 800 a 850ftlmin y para los no lubricados es un pocoenor, o sea alrededor de 700 ft/min.

Ejemplo 5. Se har la seleccin preliminar de un com-resor reciprocante de etapas mltiples, tpico, para ma-ejar 413 MMPCDE de una mezcla de hidrgeno y gasdrocarburo con peso molecular de 2.925. En la tabla se presentan los datos pertinentes y los clculos nece-rios .

ontrol de compresores reciprocantes

Si se aplica suficiente potencia a un compresor de des-azamiento positivo, continuar el aumento de la pre-n a ms de su valor nominal hasta que se llega a cierto

mite, lo cual puede ocurrir con la apertura de una vl-ula de desahogo, el accionamiento de un interruptor deescarga por alta temperatura o por desperfecto de laquina. No se desea nada de ello para el control deocesos. Por tanto, los compresores deben tener con-

oles del cilindro o vlvulas de derivacin (bypass) o de-n responder al tener cambios en la velocidad porriaciones en la capacidad.La mayor parte de los compresores reciprocantes se

mpulsan con un motor elctrico de velocidad constante;r ello los controles se basan en el funcionamiento a ve-

cidad constante. En un compresor de velocidad lija, el

ntrol de la capacidad se puede lograr mediante:1. Derivacin externa del gas o aire en torno al com-esor hasta la fuente de succin o la atmsfera.2. Descargadores para los cilindros3. Las llamadas cajas de espacio muerto.

4. Una combinacin de los anteriores.Los descargadores son manuales o automticos, en

uno o ambos extremos de un cilindro y se emplean paradescargar, o sea, mantener abiertas las vlvulas de en-trada y con ello, el compresor no funciona en esa partede esa carrera. Por ejemplo, los descargadores de lasvlvulas de entrada podran estar en el lado de la cabeza(culata) de un cilindro y, al accionarlos, reduciran la sa-

lida neta del cilindro ms o menos a la mitad. Si se utili-zan los descargadores como control permanente, pue-den surgir problemas de carga del cuerpo, pulsacionesexcesivas o menor duracin de las vlvulas. Los descar-gadores casi siempre se utilizan para facilitar el arran-que del compresor.

Las cajas de espacio muerto constituyen una capaci-dad adicional que se integran o atornillan en el lado dela cabeza o en el del cigeal de uno o ms cilindros pa-ra aumentar el espacio muerto en ese cilindro; esto re-duce la eficiencia volumtrica y disminuye la salida netaen un cilindro de tamao dado. En la figura 13 se puede

ver la forma en que el espacio muerto ms grande en uncilindro disminuye la eficiencia volumtrica.Cualquiera que sea el control de capacidad que se uti-

lice, siempre hay que instalar vlvulas de desahogo enla tubera cercana a cualquier compresor de desplaza-miento positivo; la vlvula debe ser de un tamao ade-cuado para toda la capacidad de salida del cilindro.

A veces se utilizan unidades motrices de gas de veloci-dad variable en los compresores reciprocantes y ofrecenla ventaja de variar la capacidad como funcin directade la velocidad. A menudo se utilizan cajas de espaciomuerto y descargadores de cilindros para mayor facili-

dad de control. El alto costo inicial y de mantenimientohacen que este tipo de unidades casi siempre se utilicenen aplicaciones especiales.

Tambin se pueden utilizar turbinas de vapor o degas para mover los compresores reciprocantes, pero sedebe estudiar con todo cuidado su instalacin pues sesuelen necesitar engranes reductores de velocidad, vo-lantes, acoplamientos torsionales y anlisis especiales.

2.0 2.5 3.0Relacin de compresin, r,

Fig. 13 El espacio muerto influye en la eficienciavolum&rica


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CLAVES PARA LA SELECCIN DE COMPRESORES 31

Fig. 14 El compresor rotatorio tiene aspas deslizables

Compresores rotatorios

Los sopladores, bombas de vaco y compresores rota-

torios son todos de desplazamiento positivo, en los cua-les un elemento rotatorio desplaza un volumen fijo concada revolucin.

Los diferentes estilos se pueden agrupar en cuatro ti-pos bsicos. El ms antiguo y conocido es el soplador delbulos, en el cual dos o tres rotores en forma de 8se acoplan entre s y se impulsan con engranes de sincro-nizacin montados en cada eje. Los sopladores de lbu-los van desde los muy pequeos, para compresoresproducidos en serie, desde unos 2 ft3/min, hasta losms grandes, para unos 20 000 PCMS. Se usan princi-palmente como sopladores de baja presin, que compri-

men el aire o gases desde la presin atmosfrica hasta 5a 7 psig y, algunos hasta 25 psig, en tipos especiales.Tambin se utilizan mucho como bombas de vaco, queson en realidad compresores que funcionan con presio-nes de succin inferiores a la atmosfrica y con presionesde descarga iguales a la atmosfrica o un poco mayores.

El segundo estilo es el de aspas o paletas deslizablesque tiene un rotor con ranuras, dentro de las cuales sedeslizan las aspas hacia dentro y afuera en cada revolu-cin. Las aspas atrapan el aire o gas y en forma graduareducen su volumen y aumentan la presin, hasta queescapa por orificios en la carcasa (Fig. 14). Este estilo decompresor puede producir hasta 50 psig por etapa, ytambin est disponible con dos etapas, para presiones

hasta de 125 psig. Sus capacidades son de 1 500 a 2 000ft3/min y tambin se pueden emplear como bomba devaco.

En las industrias de procesos qumicos los tipos de l-bulos y de aspas tienen aplicacin limitada porque pro-ducen presiones bajas y slo se pueden obtener, engeneral, con carcasas de hierro fundido, que los haceninadecuados para ciertos gases corrosivos o peligrosos.

Un tercer tipo es el compresor de espiral rotatorio,que se utiliza para altas presiones y viene en tamaosgrandes. A.J.R. Lysholm produjo en Europa, en la d-cada de 1930, un compresor de espiral doble, junto con

el equipo especializado para maquinar los complicadosrotores.Estn disponibles en estructuras enfriadas por aceite

y secas. Sus capacidades van de unos 50 hasta 3 500PCMS en el tipo inundado con aceite, y de 1 000 20 000 PCMS en los de tipo seco; stos pueden funcio-nar a velocidades de 10 000 a 12 000 rpm y con presio-nes de descarga de 250 a 400 psig; o sea un aumento de50 psig por carcasa.

En las industrias de procesos qumicos se suele prefe-rir el tipo seco porque no hay arrastre de aceite a la co-rriente del proceso. Sin embargo, los de tipo inundado

con aceite han tenido amplia aceptacin en servicios para aire de procesos y servicios, y tambin los hay porttiles, as como compresores de refrigeracin para refrigerantes de fluorocarbono.

El cuarto estilo es el compresor o bomba de anillo delquido, que es rotatorio, pero tiene un principio exclusi-

Fig. 15 El compresor rotatorio con anillo de lquido se emplea para manejar mezclas de gases conalto contenido cido o gases corrosivos.


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distribucin

planta paracompresores

Cmo obtener la mejorfsica de labombas y

La economa en t uberas y estr ucturas, jun t o con l a faci l i dad de operaci n y

mant en im ien to son los ob je t i vos pr i nc ipa l es para ins t a l a r bombas y compresores , sus

un i dades mot r i ces y componen t es aux i l i a r es .

Robert Ker n, HofJman - L a Roche, Inc.

La distribucin fsica y la configuracin de las tube-ras influyen en el costo de capital y en la energa queconsumen las bombas y compresores. Se har una des-cripcin conjunta de ellos, porque los requisitos para la

distribucin fsica y la tubera suelen traslaparse; se tra-tarn por separado las diferencias importantes.

La eleccin de opciones slo influye en forma limitadaen el diseo de la tubera. Como ya se han descrito lasbombas y los compresores, slo se examinarn los deta-lles pertinentes de ellos, segn sea su efecto en el diseoy distribucin fsica de la planta y la tubera.

Bombas centrfugas para plantas deprocesos

Si no hay una diferencia de presin entre dos puntos

de un sistema de tubera, hay que utilizar una bomba(o un compresor) para producir el flujo necesario. Lasdel tipo centrfugo son las ms comunes en las plantasde procesos.

La carga de descarga de una bomba o compresor cen-trfugo depende del tipo, dimetro y velocidad del im-pulsor; stos son de tres formas bsicas (Fig. la).

1. Flujo radial. En la bomba de flujo radial, la entra-da es axial y la salida es radial. La carga de descarga seproduce slo por fuerza centrfuga. Este impulsor puedeproducir cargas elevadas. La mayor parte de las bombasy compresores para proceso son de este sistema y mu-

chas bombas horizontales y verticales tienen tambin es-te tipo de impulsor.2. Flujo mixto. En estas bombas, el lquido entra en

sentido axial, y el impulsor lo descarga formando un n-

gulo con el rbol de la bomba. En este diseo, la energaaplicada al lquido es una combinacin de fuerza centr-fuga y desplazamiento axial. Algunas bombas verticalestienen este tipo de impulsor.

3. Flujo axial. En estas bombas, el lquido entra y sale en sentido axial. Toda la energa aplicada al lquidose debe a la accin elevadora del impulsor y casi no hayfuerza centrfuga. Algunas bombas verticales tienen estetipo de impulsor. Los compresores o sopladores de flujoaxial tienen cargas bajas e impulsor de altas velocidades

Antes de describir la distribucin fsica y el diseo dela tubera para estas bombas, se examinarn las caracte-rsticas de diseo mecnico de las centrfugas.

La bomba de una etapa tiene un impulsor. En res-puesta a las necesidades de las industrias de procesoqumicos se cre la que se llam bomba de diseo es-

tndar (Fig. Ib) o tambin Ameritan Voluntary Standard (AVS), que ya se fabrica de acuerdo con la normaANSI B73.1-1974 y tiene succin en un solo extremo ypuede tener amplios lmites de capacidad con el empleode unos cuantos impulsores intercambiables. Las piezasrotatorias se pueden desmontar sin alterar la tubera,carcasa o motor. Se puede emplear cuando el recipientede succin est enla rasante, el tubo de succin est cer-cano, el lquido est subenfriado o la NPSH disponiblees baja.

Una variante de la bomba horizontal con succin porel extremo tiene la entrada en la parte superior de la car-casa (Fig. lc). Las tuberas y vlvulas ocuparn menoespacio, pero el recipiente de succin debe estar eleva-do. Tambin se puede emplear la bomba con entradahorizontal, pero los tubos y vlvulas ocuparn espacio


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SELECCIN

abla I Tamaos de tubos y espacio en el piso para bombas centrfugas de impulsor sencillo (Carga total40 a 400 ft)

Tipo de bombaCapacidad,wm

Boquillas de bomba Tamaos de tubos

Succin, Descarga, Succin, Descarga,in in in inEspacio en el

piso,ftImpulsor de entrada

sencilla(Succin en extremo,descarga por arr iba)

0

succin y descarga po rarr iba)

h as t a 100 2 1 2 - 3 l - 2 1.5x 41 0 0 a 2 0 0 3 1% 4 2 - 3 1 . 5 x 52 0 0 a 3 0 0 3 2 4 - 6 34 2 x 5 . 53 0 0 a 7 0 0 4 3 6 - 8 3 - 6 2X6

Impulsor de entradadoble

(Succin y descargalaterales)

7 0 0 a 1.000 6 4 8 6 2 X . 61 0 0 0 a 1 500 8 6 1 0 - 1 2 6 - 8 2 . 5 X6 . 5

s dimensiones de boquillas y tubos son tamafios nominales de tubo.

ente a la succin de la bomba. En la tabla 1 aparecens datos para calcular el espacio requerido en el piso pa-estas bombas.Las bombas de etapas mltiples tienen dos o ms im-

ulsores en serie; la descarga de un impulsor es la suc-n en el siguiente, y se suman las cargas producidas

n todas las etapas. Estas bombas son para trabajar con-a alta presin de descarga, como en las bombas de me-ana y alta presiones para alimentacin de calderas.Segn sea el nmero de etapas, la carcasa puede seruy larga (Fig. Id) y se necesita ms espacio. En estas

ombas, las boquillas de succin y descarga suelen estarn posicin vertical. En las bombas con carcasa divididaorizontalmente, hay que proveer acceso en ambos la-os para facilitar el mantenimiento. Las carcasas parti-as verticalmente (tipo barril), requieren espacio en elente de la bomba para extraer el rbol y el impulsorara el mantenimiento en el campo.

iseo de carcasa e impulsor

Hay muchos tipos de impulsores centrfugos; el lqui-o se acelera en las cavidades del impulsor encerrado y,

anchura es tal que da alta capacidad y baja carga, yemplea para bombear pastas aguadas, aguas negras

agua limpia. El impulsor semiencerrado tiene un ladoierto, y la carcasa cubre el lado abierto de los alabes.impulsor abierto est circundado en ambos lados porcarcasa. El impulsor de doble entrada tiene dos ojos

se suele emplear en bombas de gran capacidad y cargaevada relativamente, para servicio de agua de enfria-iento y contra incendio.Las bombas de gran capacidad para agua suelen tenerrcasas divididas horizontalamente con impulsor deble entrada. La entrada y la salida estn horizontales,decir, a 90 con el rbol de la bomba, y la tubera deccin es sencilla; puede ser un tubo recto, corto con

na o dos juntas de expansin. No se debe utilizar undo horizontal en la succin porque produce flujo dis-

parejo para el impulsor de doble entrada, lo cual puedereducir la duracin de los cojinetes.

El mantenimiento es sencillo y se puede efectuar sindesconectar la tubera. Se necesita mucho espacio alre-dedor de estas bombas por el tamao de los tubos, acce-sorios y vlvulas y para tener el espacio requerido parael equipo de mantenimiento.

La carcasa dividida verticalmente, perpendicular conel rbol de la bomba, tiene fcil acceso para manteni-miento. En las bombas grandes hay que dejar espaciofrente a ellas para desmontar la cabeza de la carcasa yextraer el rbol y el impulsor. En algunas de estas bom-bas, el impulsor se puede sacar hacia la unidad motriz.

Casi todas las bombas son horizontales y, al montar-las, se deben alinear con todo cuidado el rbol del motory el de la bomba.

Las bombas en lnea son compactas y econmicas enlos aspectos de costo de capital, distribucin requerida,diseo de tubera y mantenimiento. Segn dicen sus fa-bricantes, las bombas en lnea, con capacidad de 5 a 100gpm, se pueden montar horizontalmente, verticalmentehacia arriba o hacia abajo o en cualquier posicin angu-lar. Si es necesario, pueden ubicarse elevadas, sin tenerque usar tubos curvos hasta la rasante. Pero es impor-tante dejar espacio temporal y permanente para accesoa ellas y a sus vlvulas e instrumentos.

Las bombas grandes en lnea tienen un pedestal, yhay que soportarlas en una superficie vertical; por lo ge-neral se ubican al nivel de la rasante o del piso.

Bombas de rbol vertical

Las bombas verticales ocupan poco lugar, pero nece-sitan suficiente espacio para acceso y en sentido verticalpara sacar el motor, rbol e impulsores (Figs. le y lf).En muchos tipos, el motor y el rbol de la bomba se pue-den sacar por separado. Hay varios tipos de bombasverticales, y sus caractersticas principales son:


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CMO OBTENER LA MEJOR DISTRIBUCl6N FSICA DE LA PLANTA PARA BOMBAS Y COMPRESORES 3n La bomba sumergida tiene un solo impulsor radial

y un rbol vertical largo (Fig. le). Los fabricantes espe-cifican la inmersin requerida y las dimensiones de laentrada; el tamao y profundidad del foso de succindebe ir de acuerdo con estas condiciones.w La bomba de hlice para foso hmedo (crtamo)tiene impulsor de flujo mixto. La accin elevadora delimpulsor por lo general se aplica en varias etapas. Enalgunas bombas las aspas de la hlice se pueden ajustarde acuerdo con las condiciones de funcionamiento re-queridas.n Las bombas de pozo profundo tienen impulsores

con descarga rardial o de flujo mixto; cada uno est enuna cubierta semiencerrada con labes de descarga. Sepuede montar un gran nmero de impulsores en serie;por ello, estas bombas pueden producir cargas elevadas.Se sugiere utilizar motor sumergible para evitar el em-pleo de un rbol largo, que necesita mucha altura parasacarlo.

Una vlvula de pie en la succin mantiene cebadaslas bombas verticales. Uno de los trabajos de manteni-miento es desmontar la bomba para limpiar la vlvulay su malla de admisin. Por tanto, las vlvulas, tubosy conduits elctricos no deben estorbar.n La bomba de pozo seco es la de tipo vertical ms

comn en las plantas de proceso (Fig. lf). Es ms cortaque la de pozo profundo y est totalmente encerrada.Las boquillas de succin y descarga estn encima de larasante, y la entrada al impulsor est debajo. No necesi-ta cebado y se desmontan la bomba con su carcasa.

Para aprovechar la capacidad de una bomba verticalpara proceso, se debe colocar justo debajo o en un ladodel recipiente de succin. Hay que dejar espacio parasacarla con una gra mvil o poner puntos de enganche.

En las bombas de pozo seco, las boquillas de succiny de descarga pueden formar cualquier ngulo horizon-tal prctico entre s, segn la colocacin de la tubera.En las bombas que tienen en existencia los fabricantes,las boquillas de succin y descarga forman entre s 180.Tipos de unidades motrices para bombas

Las bombas montadas en una base que tienen acopla-do el propulsor, son las ms comunes (Figs. ib, lc, Id).Casi todas las bombas centrfugas tienen motor elctri-co. Las bombas con propulsin de turbina de vapor, degas o hidrulica necesitan un espacio ms amplio parala caja de engranes, vlvulas, tubos e instrumentos quelas de motor. Hay que proyectar el acceso para manteni-miento y, quiz, un monorriel para un aparato ele-vador.

Las bombas con acoplamiento compacto (Fig. lg)estn montadas directamente al rbol del motor; soncompactadas y pueden trabajar con cualquier posicindel rbol, pero tienen capacidad limitada. La boquillade descarga se puede girar en los agujeros en el crculode tornillos con respecto al eje del motor. Esto ofrece

gran adaptabilidad en la distribucin fsica y facilita eldiseo de la tubera.

Las bombas con propulsin de engranes estn disea-das de acuerdo con los requisitos entre la velocidad del

propulsor y la de la bomba. Se instalan horizontalmente, con un desplazamiento horizontal o vertical entre losrboles del propulsor y el de la bomba. Esto aumenta lanchura y longitud totales y, en su caso, la altura.

Costo, operacin y mantenimiento

Las bombas centrfugas recuperan su costo en poco

tiempo; su costo inicial bajo se debe a su diseo sencillo,a que tienen motores con acoplamiento directo y unamplia variedad de materiales, tamaos y caractersticas de rendimiento y operacin. Ocupan poco espacio yno necesitan cobertizos especiales; la tubera es sencilla.

Adems, las centrfugas son confiables y de larga duracin. Pueden soportar corrosin y erosin internassin prdida apreciable de rendimiento. Su funcionamiento adaptable permite buen control de flujo en unamplia gama de capacidad, a velocidad constante; la capacidad se puede variar mediante estrangulacin de ldescarga. Son silenciosas, necesitan poca atencin y

funcionan sin pulsaciones.Por su larga duracin, tienen bajo costo de mantenimiento. Se pueden desarmar con facilidad, hay pocapiezas con holguras precisas y las piezas gastadas se pueden reemplazar con rapidez.

La capacidad, la carga y la eficiencia disminuyen conrapidez cuando cambia la viscosidad. La bomba centrfuga, excepto la de tipo regenerativo, no puede manejalquidos que contengan vapores. Con flujos bajos, menores de 15 o 20 % de su capacidad de diseo, se vuelveninestables; por ello, se requiere un flujo mnimo, lo quimplica la necesidad de un tubo adicional para deriva

cin hacia el recipiente de succin.Las bombas las seleccionan los especialistas, y el dise-ador de la tubera influye muy poco en la eleccin bsica. Sin embargo, el proyectista de la distribucin fsicapuede solicitar una orientacin preferida para la succiny la descarga y las limitaciones en la NRSZY, segn sela elevacin requerida del equipo.

Instalacin de bombas y tuberas:a la intemperie

Las bombas rara vez influyen en la distribucin fsicde la planta, excepto cuando una reserva comn pardos servicios pudiera requerir el reacomodo del equipode proceso. Las bombas se colocan cerca de los recipientes de proceso y, si son varias, deben estar alineadas enuna forma esttica.

En las plantas qumicas o petroqumicas casi todas labombas estn en dos hileras debajo de los soportes parlos tubos. Los extremos para los motores, alineados, definen el espacio para acceso en el centro de las dos hileras. La succin y descarga de las bombas miran hacilos recipientes. En la figura 2 se describe una evaluacinpara la instalacin de-una bomba o una caseta de bom

bas. Las bombas individuales tienen acceso por todapartes. Salvo pocas excepciones, los tubos de succinpueden estar elevados. Los tubos de descarga con medidores de flujo se colocan encima del espacio entre los so-


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SELECCIN

Flujo radial Flujo mixto

Flu jo ax ia l

a. Tipos de impulsores: ks..r-

b. Bomba de succin en el extremo y descarga porarr iba

(Para recipientes elevados y en la rasante)

faE

c. Bomba con descarga y succin por arriba(Para rec ip ientes de succibn e levados)

e. Bomba parasumidero

(Requiere fosa de

tamao adecuado)

d. Bomba de impulsores mltiples(ReqLGere ms espacio)

f. Bomba verticalpara proceso

(Adaptab i l idad para

orientar la entrada yl a sa l i da ) Fig. 1 Bombas centrifugas

g. Bomba acoplada en forma compacta

(Se mon ta en cua lqu ie r pos i c i n )


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CMO OBTENER LA MEJOR DISTRIBUCIN FiSICA DE LA PLANTA PARA BOMBAS Y COMPRESORES 3

\ \\, Acceso

V2lvuladelcontrol

-- -tDobla

hilera

Plante

Orificios de

vlvulas de\,control \

s\ \ \ .tL Agua de enfriamientoAceite de empaquetadura

Fig. 2 Lista de comprobacin para instalacin debombas en las plantas de la industria quimica

portes de tubos y el techo. Las vlvulas de control porlo comn se colocan en la rasante, de preferencia juntoa las columnas para tener buen soporte. La disposicinpreferida para las boquillas, con recipientes muy eleva-dos, es con la succin y la descarga en la parte superior.

Instalacin de bombas y tuberas:bajo techo

Cuando el espacio est restringido o las bombas sonpequeas o estn en un lugar donde la estructura esmuy costosa, se pueden colocar dos bombas en una basecomn de concreto, con un soporte para el arrancadorde las dos. En la figura 3 se ilustran la utilizacin del es-pacio y la colocacin para estos casos.

Las bombas que manejan lquidos subenfriados pro-venientes de los recipientes para el proceso, suelen tenerla succin casi al nivel del piso; pueden tener succin deextremo o succin lateral y, por lo general, descarga enla parte superior. Se emplean mucho las bombas en l-nea para este servicio. Mirando desde el pasillo de acce-so, los soportes del arrancador del motor deben estardetrs de la bomba y el motor, separados de las bridasde la bomba y del espacio para mantenimiento.

Para seguridad y conveniencia del operador, las bom- Cuando se manejan lquidos saturados, vapor-bas para recipientes con lquidos inflamables se deben condensado o se trabaja con vaco, se necesitan recipien-colocar fuera de las represas. Una excepcin son los tan- tes de succin elevados, que se colocan debajo del techo,ques de norma API que tienen bombas en lnea, monta- sobre el piso o en un

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