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
4 Compresores Reciprocantes
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.
5 Compresores Reciprocantes
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)
6 Compresores Reciprocantes
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.
7 Compresores Reciprocantes
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.
8 Compresores Reciprocantes
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.
9 Compresores Reciprocantes
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
10 Compresores Reciprocantes
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
3 Compresores Reciprocantes
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)
Compresores Reciprocantes
- 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
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Boquilla de Succin
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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
Compresores Reciprocantes
15 Compresores Reciprocantes
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
16 Compresores Reciprocantes
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.
17 Compresores Reciprocantes
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.
18 Compresores Reciprocantes
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.
19 Compresores Reciprocantes
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.
20 Compresores Reciprocantes
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)
21 Compresores Reciprocantes
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)
22 Compresores Reciprocantes
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*
23 Compresores Reciprocantes
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)
25 Compresores Reciprocantes
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).
26 Compresores Reciprocantes
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.
27 Compresores Reciprocantes
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:
28 Compresores Reciprocantes
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
29 Compresores Reciprocantes
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
30 Compresores Reciprocantes
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
31 Compresores Reciprocantes
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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Ingenieros Consultores Asociados, SA.
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Compresor
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vii
ANEXOS