http://es.scribd.com/doc/84256115/COMPRESORES-RECIPROCANTES ÍNDICE GENERAL Pág. ÍNDICE GENERAL ……………………………………………………………….…....................i INTRODUCCIÓN ..........................................................................................ii1. COMPRESORES……......................................................................................32. SELECCIÓN DEL COMPRESOR……………………… COMPRESOR……………………………………………………………… ……………………………………………43. ……43. COMPRESOR RECIPROCANTE…………………… RECIPROCANTE……………………………………………………… ………………………………………………63.1 ……………63.1 TIPOS DE COMPRESORES RECIPROCANTES………………….…………… RECIPROCANTES………………….………………………… …………… 73.2. COMPARACION ENTRE COMPRESORES RECIPROCANTES Y CENTRIFUGOS.. PARTES DEL COMPRESOR RECIPROCANTE………………………………………………103.4. RECIPROCANTE………………………………………………103.4. EQUIPOS DE PROCESO QUE CONFORMAN UN COMP. RECIPROCANTE……… 133.5. DESCRIPCION DEL PROCESO DE COMPRESIÓN……………………………………….153.6. COMPRESIÓN……………………………………….153 .6. SIST. PARA LA OPERACIÓN CONTROLADA DE UN COMP. RECIPROCANTE….163.7. PROCEDIMIENTO PARA ESPECIFICAR UN COMPRESOR RECIPROCANTE…….173.7.1 R ECIPROCANTE…….173.7.1 . Número de Etapas de Compresión………………………………………………………. Compresión………………………………………………………. 183.7.2. Potencia Requerida para la Compresión.………………………………………………. Compresión.………………………………………………. 203.7.3. Diseño del Cilindro de Compresión………………………………………………………. Compresión………………………………………………………. 253.7.4. Cargas en las Barras del Compresor………………………….………………………….264. EJEMPLO…………………………………………………………… EJEMPLO………………………… …………………………………………………………………… ……………………………………27 …27 CONCLUSIONES …………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. …………………. iii BIBLIOGRAFÍA …………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………… v ANEXOS …………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………….vi ……………………………….vi
INTRODUCCIÓN La producción de gas natural en Venezuela, desempeña un papel de importantedentro del marco energético, su utilización está alrededor de un 96% en actividadesrelacionadas con: producción de petróleo, generación eléctrica, materia prima en diversosprocesos petroquímicos y como combustible en los sectores industrial, comercio y domestico.Su utilización para estos fines, generalmente requiere el incremento de presión a nivelesmayores a la presión de producción, para transportalo por tuberías a los sitios donde serealizará su transformación final. El uso de este recurso continúa incrementándose aun más en el mediano y largoplazo. En el año 1991 los sectores industriales, petroquímico, eléctrico y domestico utilizaron411.769 MMPCED, equivalentes a 194.000 Barriles de petróleo por día; lo cual, permitióliberar considerables volúmenes de combustibles líquidos para la exportación. Actualmente, laproducción de gas natural, alcanza aproximadamente 6.500 MMPCED y la mayor parte esenviado a plantas compresoras para ser comprimido. La presión de salida de la plantadepende del uso y destino que tendrá el gas; si este va a ser utilizado para inyección en losyacimientos con fines de extracción, es necesario que su presión se eleve por el orden de4000 Psig. El gas enviado a centros de consumo o plantas de remoción de líquidos secomprime hasta el orden de 1000 Psig. Para el año 2001, la industria petrolera operaba 180plantas de gas con 540 unidades compresoras que representaban unos 2.1 MMBHP depotencia instalada y esta infraestructura tenía la capacidad de manejar hasta 8.5 MMPCED.
En una planta compresora la selección del equipo de compresión juega un papel muyimportante en la operatividad y aprovechamiento de la instalación; los compresoresreciprocantes, son compresores de desplazamiento positivo de gran utilidad, debido a queposeen mayor flexibilidad operacional que un compresor centrífugo; y por esto puedendenominarse 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,diámetro del cilindro o ajuste de bolsillos (revamping) se ajustan a nuevas condiciones deoperación de la instalación. La siguiente investigación, muestra la información básica sobreequipos de compresión reciprocantes; así como también, los tipos, partes que lo conforman ylos pasos para especificar un compresor reciprocante para una aplicación específica
COMPRESORES Son equipos que incrementan la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases yvapores. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen específico del mismo durantesu paso a través del compresor. Se emplean principalmente para refrigeración,acondicionamiento de aire, calefacción, transporte por tuberías, almacenamiento de gasnatural, craqueo catalitico, polimerización y en muchos procesos quimicos. Según la forma decompresión se clasifican en:a. Compresores de Desplazamiento Positivo: Son compresores de flujointermitente, que basan su funcionamiento en tomar volúmenes sucesivos de gaspara confinarlos en un espacio de menor volumen; logrando con este efecto, elincremento de la presión. Se dividen en dos grupos reciprocantes y rotativos.b. Compresores Dinámicos: Son maquinas rotatorias de flujo continuo en la cual elcabezal de velocidad del gas es convertido en presión; estos compresores, sedividen de acuerdo al flujo que manejan en centrifugo (flujo radial) y axiales (flujoaxial) y flujo mezclado.
SELECCIÓN DEL COMPRESOR Para lograr una selección satisfactoria del compresor, debe considerarse unagran variedad de tipos, cada uno tiene ventajas específicas para alguna aplicacion.Entre los principales factores que se deben tomar en consideración, se encuentran:la velocidad de flujo, la carga o presión, limitaciones de temperatura, el consumo depotencia, posibilidades de mantenimiento y costo. Con la Figura 2, puede hacerseuna rápida selección del compresor en función del flujo actual (ACFM) y la presión dedescarga requerida; no obstante, existe otros aspectos a considerar referentes alservicio de compresión para la selección acertada del tipo de compresor:a. Nivel de Potencia, disponibilidad Comercial del Compresor y costo deinstalación. b. Flujo volumétrico – volumétrico – Presión de Descarga (Figura-2 ).
c. Requerimientos de tiempo de operación entre períodos de mantenimiento. d. Características del Gas y del proceso. e. Inyección de aceite lubricante en las corrientes de proceso – Los compresoresque requieren lubricación interna (reciprocante lubricado) son insatisfactoriospara servicios de oxígeno. f. Arrastre de líquido en gas de proceso y sólidos en gas de proceso – Loscompresores más sensibles son el de aletas deslizante, los reciprocanteslubricados, y los centrífugos de alta velocidad. g. Oscilaciones en peso molecular – Los compresores de desplazamientopositivo son relativamente insensibles; los compresores dinámicos tienen queser diseñados anticipadamente para el rango de variación completo, y no sonadecuados para variaciones amplias en operación normal. h. Temperatura de descarga del gas – Todos los tipos pueden ser diseñados conetapas múltiples para limitar la elevación de temperatura i. Tendencia de ensuciamiento del gas – Los compresores axiales y de altavelocidad, y los centrífugos de etapa sencilla, no son adecuados paraservicios sucios. Un sistema de lavado permite a los compresores de tornillohelicoidal y a los centrífugos ser usados en servicios sucios. j. Relación de Presión – Los compresores reciprocantes de etapas múltiplestienden a ser más económicos para altas relaciones de presión. k. Tipo de Elemento Motriz – Las turbinas a gas o a vapor tienden a utilizarse enlos compresores dinámicos que en los reciprocantes, ya que el sistema detransmisión es simplificado. l. La proximidad de facilidades de servicio del suplidor y del personal. m. Servicios adicionales de la instalación, energía electrica, lubricación, agua deservicio y enfriamiento, aire de arranque, sistemas de alivio, etc. n. La cantidad y recursos especializados del personal de mantenimiento de laplanta. Asi como también, la disponibilidad de las herramientas adecuadaspara el mantenimiento y los servicios disponibles
COMPRESOR RECIPROCANTE
Es un compresor de desplazamiento positivo, en el que la compresión se obtiene pordesplazamiento de un pistón moviéndose lineal y secuencialmente de atrás hacia adelantedentro de un cilindro; reduciendo de esta forma, el volumen de la camara (cilindro) donde sedeposita el gas; este efecto, origina el incremento en la presión hasta alcanzar la presión dedescarga, desplazando el fluido a través de la válvula de salida del cilindro.El cilindro, está provisto de válvulas que operan automáticamente por diferenciales depresión, como válvulas de retención para admitir y descargar gas. La válvula de admisión,abre cuando el movimiento del pistón ha reducido la presión por debajo de la presión deentrada en la línea. La válvula de descarga, se cierra cuando la presión en el cilindro noexcede la presión de la línea de descarga, previniendo de esta manera el flujo reverso.Los compresores reciprocantes deben ser alimentados con gas limpio ya que no puedenmanejar líquidos y partículas sólidas que pueden estar
contenidas en el gas; estas partículas,tienden a causar desgaste y el líquido como es no compresible puede causar daños a lasbarras del pistón. La potencia de los compresores reciprocantes puede ser de hasta 20000 Hpy para presiones desde el vacío hasta los 50000 Psig. Son diseñados de simple y múltiplesetapas, que están determinadas por la relación de compresión (relación entre la presión dedescarga y succión), que generalmente no excede de 4 por etapa.Los equipos de múltiples etapas deben ser provistos de enfriadores entre etapas, loscuales disminuyen la temperatura del gas hasta valores aceptables por la siguiente etapa decompresión. El enfriamiento, reduce la temperatura y el volumen real del gas que es enviadoa los cilindros de alta presión de las siguientes etapas; logrando con esto, reducir la potenciarequerida para la compresión y mantener la temperatura debajo de la máxima permisible. Los compresores reciprocantes, se utilizan generalmente para los siguientes serviciosindicados en la Tabla-1
Sin embargo, existen aplicaciones específicas donde se requiere utilizar compresores reciprocantes:
Altas presiones de descarga, los compresores reciprocantes tienen un ampliorango de presiones mayores que el centrífugo. Disponibles para bajos flujos de gas, inferiores al menor flujo de los centrífugos. Son mucho menos sensibles a la composición del gas y a propiedadescambiantes que los compresores dinámicos; esta propiedad es muy importante,ya que a medida que un pozo petrolero se agota, el gas pasa de ser un gas ricoa un gas pobre; y este cambio afecta a los compresores dinámicos. Poseen mayor flexibilidad operacional, ya que con solo cambio en los cilindros oajuste de los pockets pueden ajustarse a nuevas condiciones de proceso.
3.1. TIPOS DE COMPRESORES RECIPROCANTES a.Simple Etapa:
Son compresores con una sola relación de compresión, queincrementan la presión una vez; solo poseen un depurador interetapa, un cilindro y unenfriador interetapa (equipos que conforman una etapa de compresión) generalmentese utilizan como booster en un sistema de tuberías.
b. Múltiples Etapas:
Son compresores que poseen varias etapas de compresión, en losque cada etapa incrementa progresivamente la presión hasta alcanzar el nivelrequerido. El número máximo de etapas, puede ser 6 y depende del número decilindros; no obstante, el número cilindros no es igual al número de etapas, puedenexistir diferentes combinaciones; como por ejemplo, si se requiere un sistema de tresetapas, puede utilizarse 3, 4 o 6 cilindros, como se indica en la tabla-2 Configuraciones Posibles 1ERA ETAPA 2da ETAPA 3ERA ETAPA
3 4 CILINDROS(integral) CILINDROS 2 1 CILINDRO CILINDROS 1 1 CILINDRO CILINDRO 1 1 CILINDRO CILINDRO
6 CILINDROS 2 CILINDROS 2 CILINDROS 2 CILINDROS
Tabla-2 Diferentes Configuraciones de Cilindros para un Sistema de Tres Etapas El uso de varios cilindros para una etapa de compresión permite la selección decilindros de menor tamaño, generalmente esto sucede con la primera etapa decompresión. c.Balanceado - Opuesto:
Son compresores separables, en los cuales los cilindros estánubicados a 180º a cada lado del frame. d.Integral:
Estos compresores utilizan motores de combustión interna para trasmitirle lapotencia al compresor; los cilindros del motor y del compresor están montados en unasola montura (frame) y acoplados al mismo cigüeñal. Estos compresores pueden ser desimple o múltiples etapas y generalmente son de baja velocidad de rotación 400 – 900RPM. Poseen una eficiencia y bajo consumo de combustible; sin embargo, son mascostosos y difíciles de transportar que los separables; a pesar de esto, hay muchasaplicaciones en tierra donde esta es la mejor opción. Tienen mayor rango de potencia2000 – 13000 BHP que los separables, entre sus ventajas se encuentran: a. Alta eficiencia b.Larga vida de operación c.Bajo costo de operación y mantenimiento comparado con los separables de altavelocidad. E Separable:
En este equipo, el compresor y el motor poseen cigüeñales y monturasdiferentes acoplados directamente. Generalmente, vienen montados sobre un skid ypueden ser de simple o múltiples etapas. Los compresores reciprocantes separables ensu mayoría son
unidades de alta velocidad 900 – 1800 RPM que pueden ser accionadospor motores eléctricos, motores de combustión interna o turbinas, manejan flujosmenores 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 fácil instalación y transporte yposeen amplia Flexibilidad operacional
Car acterísti cas de un compr esor reciprocante De acuerdo con la aplicación de los compresores se deben definir sus características de diseño de instalación y de mantenimiento guardando una delicada relación entre el trabajo a realizar, la eficiencia y rendimiento del equipo, los estándares de conservación ambiental y la economía en los diferentes procesos.. Características técnicas
a. La Potencia o capacidad determinada en caballos de fuerza (Hp) o
Kilowatios hora (Kw/h) y determina la cantidad de trabajo por unidad de tiempo que puede desarrollar el compresor. En refrigeración esta medida por lo general se especifica en British Thermal Unit por hora (Btu/h) o Kilo calorías hora que equivale a la cantidad de calor que el compresor es capas de remover en una hora. b. La Tensión de trabajo o diferencia de potencial de corriente alterna medida en voltios (VAC) cuando el compresor funciona movido por una motor eléctrico, y puede ser desde monofásico a 110V o 220 V hasta trifásico a 360V, 400V, 460V o 575V; esta es suministrada como un servicio público o generada localmente. c. La Frecuencia (Hz) es la variación por segundo de la polaridad de la corriente estandarizada en 50 Hz para Europa y otras zonas industrializadas y 60 Hz para gran parte de Latinoamérica incluida Colombia. La Intensidad de la corriente o el consumo de
energía eléctrica medida en Amperios (A) el cual se encuentra en proporción directa con la capacidad de trabajo eléctrico del motor y su medida es uno de los parámetros de puesta a punto del sistema, es decir de las condiciones de trabajo del equipo. a. El Coeficiente de Operación (COP) corresponde a la relación entre el
efecto refrigerante neto o calor que absorbe el refrigerante del producto y el proceso de compresión o calor que absorbe el refrigerante en el compresor, esta medida determina la eficiencia neta del trabajo del compresor que debe ser un valor mayor a 3 para que el efecto de evaporación sea mayor que el efecto de la compresión y se dé el efecto refrigerante en el equipo. b. Rendimiento Energético (EER) es la relación entre la Potencia mecánica del compresor y la potencia eléctrica dada en Btu/Wattios hora, indica la cantidad de calor transformado por energía eléctrica consumida.
COMPARACION ENTRE COMPRESORES RECIPROCANTES Y CENTRÍFUGOS.
Diferentes tipos de compresores están disponibles para compresión de gas natural,pero los más utilizados son los reciprocantes y centrífugos. A continuación en la tabla-3, seespecifican las ventajas y desventajas de estos equipos: Tabla-3
PARTES DEL COMPRESOR RECIPROCANTE .En la figura-3, se muestra las partes de un compresor reciprocanteseparable que se definen a continuación: a.Montura (frame): La montura de un compresor reciprocante es una estructurafundida, donde van montadas las partes rotativas del compresor como el cigüeñal, eneste elemento, se instalan los cilindros en forma cruzada. Son especificadas por losfabricantes en función de: número de cilindros, la potencia que es capaz de transmitir,las cargas a soportar en las barras (rod loading) y al recorrido de los cilindros. Cadamontura esta diseñada para un número máximo de cilindros, no obstante no indica elnúmero de etapas del compresor. b.Cigüeñal (Crankshaft): Se encuentra instalado dentro de la montura y es el elementoque transmite la potencia del motor hacia las bielas. c.Biela: Es el componente que transmite el movimiento rotativo del cigüeñal y lo linealizapara trasmitirlo a la barra. d.Caja de Lubricación: Es el elemento que separa el cilindro de la montura, cualquierfuga se ventea o se drena a través de éste elemento, contiene la barra que mueve elpistón de adelante hacia atrás y los sellos de laberinto del cilindro. e.Cojinetes: La mayoría de los compresores utilizan cojinetes hidrodinámicos, el aceiteentra al cojinete a través de los agujeros de suministro, que van perforadosestratégicamente a lo largo de la circunferencia del cojinete que suministran ydistribuyen formando una película de aceite en el contacto entre las partes móviles yestacionarias. f.Sellos: Proporciona el sellado dinámico entre el pistón - la barra y la barra - con lamontura, consiste en una serie de anillos de teflón montados en una caja de sellado; lacual es atornillada a el cilindro, la barra se mueve en un movimiento reciprocante através de la caja de sellos tipo laberinto. g.Barra (Rod): Es el componente que conecta el pistón con la biela y transmite elmovimiento al pistón, está sometida a los esfuerzos generados durante la compresióndel gas (tracción y compresión). h.Botellas de Pulsación: Son recipientes que se colocan en la succión y la descargapara minimizar los efectos de la vibración acústica causada por el flujo reciprocante. i.Válvulas: Son válvulas de retención tipo check que permiten la entrada y salida de gasal cilindro; en caso de cilindros de doble acción, existen válvulas de succión a amboslados del cilindro, mientras que en cilindros de simple acción sólo se encuentran en unsolo lado. Las válvulas pueden ser de placa, lengüeta y la mas aplicada para gas naturalla de discos concentricos.
Partes de un compresor r eciprocante separable F uncionamiento del compresor El funcionamiento de los compresores reciprocantes se basa en un movimiento alternativo realizado por el conjunto biela-cruceta-pistón. Existen cuatro etapas durante el proceso que se dan en una vuelta del cigüeñal es decir en 360 grados.
1. Compresión, durante este proceso el pistón
se desplaza desde el punto inferior, comprimiendo el gas hasta que la presión reinante dentro del cilindro sea superior a la presión de la línea de descarga (Pd). Las válvulas succión y descarga permanecen cerrada.
2. Descarga, luego de que la presión reinante dentro del cilindro sea superior a
la presión de la línea de descarga (Pd) que es antes de que llegue al punto murto superior, la válvula de escape se abre y el gas es descargado, mientras que la de succión permanece cerrada. 3. Expansión, durante este proceso el pistón se desplaza desde el punto muerto superior hasta que la válvula de succión se abra durante la carrera de retroceso o expansión, que será cuando la presión reinante en el interior del cilindro sea inferior a la presión del vapor de succión (Ps). 4. Succión, luego de que la válvula de succión se abrió, que es un poco después del punto muerto superior, ingresa el fluido, y el pistón se desplaza hasta el punto muerto inferior, al final de la carrera de succión, la velocidad del pistón disminuye hasta cero, igualándose las presiones del exterior y del interior del cilindro (aunque por la velocidad del pistón no exista tiempo material a que éste equilibrio se establezca); la válvula de succión se cierra, la válvula de descarga permanece cerrada.
Ventaj as y desventaj as del compresor reciprocante VENTAJAS
DESVENTAJAS
Mayor flexibilidad en capacidad de flujo y rango de presiones. Más alta eficiencia y costo de potencia más bajo. Capacidad de manejar pequeños volúmenes de gas. Son menos sensitivos a la composición delos gases y las propiedades cambiantes. Presentan menores temperaturas de descarga por su enfriamiento encamisado Pueden alcanzar las presiones más altas.
Fundaciones más grandes para eliminarlas altas vibraciones por el flujo pulsante. En servicios continuos se requieren unidades de reserva, para impedir paradas de planta debido al mantenimiento. Los costos de mantenimiento son 2 a 3 veces más altos que los compresores centrífugos. El funcionamiento continuo es más corto que para los centrífugos Requieren inspección más continua. Cambios en la presión de succión pueden ocasionar grandes cargas en las barras del pistón
Aplicaciones de los compresores reciprocantes Servicios Comunes de Compresores Reciprocantes
Refinerías y Petroquímica
Amoniaco, Urea, Metanol, Etileno, Óxido de Etileno, Polipropileno, Gas de Alimentación, Separación de Componentes de Gas Natura, Almacenamiento de GNL, Craqueo Catalítico• Destilación
Petróleo y Gas
Levantamiento artificial, reinyección, tratamiento de gas, almacenamiento de gas, transmisión, gas combustible, booster, distribución de gas. Sin embargo, existen aplicaciones específicas donde se requiere utilizar compresores reciprocantes:
Altas presiones de descarga, los compresores reciprocantes tienen un amplio rango de presiones mayores que el centrífugo. Disponibles para bajos flujos de gas, inferiores al menor flujo de los centrífugos. Son mucho menos sensibles a la composición del gas y a propiedades cambiantes que los compresores dinámicos; 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 dinámicos. Poseen mayor flexibilidad operacional, ya que con solo cambio en los cilindros o ajuste de los pockets pueden ajustarse a nuevas condiciones de proceso
La aplicación de un compresor corresponde al uso o trabajo para el cual se requiere, puede ser en refrigeración doméstica, comercial, transportada, o aire acondicionado e industrial también se determinan las temperaturas de evaporación de congelación, conservación o acondicionamiento ambiental. Cuando se hace la selección de un compresor para una aplicación determinada en un equipo de refrigeración se deben considerar los siguientes factores: Como el sistema de refrigeración requiere un mecanismo de control del refrigerante, este puede ser un tubo capilar donde las presiones se igualan cuando el compresor se detiene o una válvula de expansión que por oposición mantiene las presiones de alta y baja con el equipo en reposo. En el primer caso el motor debe ser de bajo torque de arranque LST (sigla en inglés para Low Starting torque), usados por lo general en Refrigeradores, congeladores, mostradores comerciales, bebedores y enfriadores de líquidos. Cuando se requiere mantener las presiones de alta y baja, se utiliza una válvula de expansión se debe aplicar un compresor de alto torque HST (sigla en inglés para Hight Starting torque). Otra aplicación corresponde a la temperatura de evaporación necesaria en el sistema clasificada en baja entre los -35ºC y -10ºC denominada LBP (Low Back Pressure – Baja presión de evaporación); Temperatura de evaporación media MBP (Médium Back Pressure) entre -10ºC y 7ºC y alta presión de evaporación HBP (Hight Back Pressure) correspondiente a 7ºC y 15ºC, para congelación, conservación y confort respectivamente.
M anteni miento de un compresor r ecipr ocante
Los compresores reciprocantes deben ser alimentados con gas limpio ya que no pueden manejar líquidos y partículas sólidas que pueden estar contenidas en el gas; estas partículas, tienden a causar desgaste y el líquido como es no compresible puede causar daños a las barras del pistón. Los compresores están diseñados y construidos dentro de los más altos estándares de ingeniería debido a que generan fuerzas considerables y altas temperaturas. Su operación segura y confiable demanda que sean correctamente lubricados, su lubricación comprende tanto los cilindros como los cojinetes del cigüeñal. Muchos compresores reciprocantes utilizan un sólo sistema para la lubricación de los dos conjuntos. En otros, los sistemas son separados y hasta pueden demandar aceites diferentes, por ejemplo en los compresores de gas natural se emplean lubricantes sintéticos por que el gas natural es soluble en aceite mineral, pero éste puede ser empleado para la lubricación del cigüeñal. El lubricante en los compresores reciprocantes cumple varias funciones:
Lubricación
La principal función del lubricante es reducir la fricción entre las partes móviles y cualquier tipo de desgaste. Tiene que lubricar tanto los pistones en sus cilindros y los cojinetes del cigüeñal que mueven los pistones.
Refrigeración
Los pistones y cilindros de un compresor reciprocante son normalmente enfriados con agua o aire. Sin embargo, el calor es retirado de las superficies de los cojinetes por el aceite lubricante.
Protección
El lubricante debe también prevenir la corrosión. Esto puede ser una tarea difícil ya que los compresores tienden a producir calor y condiciones de humedad que promueven la corrosión.
Sellado
En el interior de los cilindros de un compresor reciprocante se generan altas presiones. El lubricante debe producir una película suficientemente fuerte para evitar la fuga de aire entre los anillos del pistón y las paredes del cilindro.
http://www.monografias.com/trabajos95/compresores-reciprocantes/image004.png http://www.monografias.com/trabajos95/compresores-reciprocantes/compresoresreciprocantes.shtml EQUIPOS DE PROCESO QUE CONFORMAN UN COMPRESOR RECIPROCANTEc.
a.Separadores: Tiene como función principal separar el vapor del líquido de la corrientede gas que va al sistema de compresión; son separadores verticales (scrubbers)diseñados para manejar corrientes con alta relación gas-líquido, usualmente con undemister como mecanismo de separación. Se instalan en las interetapas de compresiónpara remover el líquido que se obtiene producto del enfriamiento. b.Cilindro de Proceso: Es el componente que junto con el pistón se encarga dedisminuir el volumen del gas contenido en la camara, hasta llegar a un volumendeterminado a la presión de descarga; el compresor debe tener al menos uncilindro por cada etapa de compresión y existen dos tipos de cilindros: Simple Acción: La compresión solo ocurre en uno de los dos lados delpistón durante una vuelta del cigüeñal Doble Acción: Mientras comprime por uno de los lados, expande por el otrolado durante una vuelta del cigüeñal.
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 pulidoy utilizan anillos de grafito o plastico (teflón). Dependiendo de la presión a alcanzar elcilindro puede ser de los siguientes materiales: Hierro Fundido para presiones entre 1000 a 1200 Psig -Hierro Fundido Dúctil para presiones hasta 1500 Psig - Acero 1000 – 2200 Psig Acero Forjado para presiones mayores que 2200 Psig Enfriadores: Reducen la temperatura del gas luego que es comprimido, ya que lastemperaturas de succión están limitadas por la metalurgia de los materiales defabricación y el lubricante del compresor. Generalmente se utilizan enfriadores por aireo fin fan coolers; instalandos en una sola unidad de enfriamiento que utiliza unventilador 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 decompresión como el que se muestra en la Figura-4
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DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE COMPRESIÓN El proceso de compresión en múltiples etapas se realiza con el objeto de comprimir elgas en procesos separados; debido a que alcanzar la presión de descarga requerida en unasola etapa, ocasionaría un alto trabajo de compresión y altas temperaturas de descarga queconllevan a la falla de los materiales del compresor. Los equipos de proceso principales queconforman cada etapa son: un separador, el cilindro de compresión y un enfriador. El primer equipo de proceso es el separador, donde se elimina el líquido de lacorriente. Luego, el gas pasa al cilindro de la primera etapa, donde alcanza una presión dedescarga máxima limitada por la temperatura máxima permisible de descarga (275 - 300 ºF).Sucesivamente, al
salir el gas del cilindro pasa a un enfriador que disminuye su temperaturahasta aproximadamente la temperatura de entrada de la etapa (120 – 130 ºF), como elenfriamiento produce condensación de los componentes mas pesados del gas, el primerequipo de la siguiente etapa de compresión es un separador para eliminar todo elcondensado producto del enfriamiento y evitar la entrada de liquido al compresor. En esta secuencia, el gas pasa por cada etapa hasta alcanzar la presión requerida. Enla figura-5, se muestra el diagrama de flujo del proceso de un compresor de tres etapas.
SISTEMAS PARA LA OPERACIÓN CONTROLADA DE UN COMP. RECIPROCANTE. Todo equipo de compresión debe estar dotado de sistemas que permitan: Mantenerlo en operación en caso de cambios en las condiciones de operación. 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 continuación: a.Sistema de Recirculación: A una velocidad constante de giro del compresor, undeterminado volumen de gas entra al cilindro; si este flujo disminuye, la presión deentrada al cilindro se reduce y la relación de compresión aumenta, ocasionando que latemperatura de descarga aumente. Para evitar esto, se utiliza un sistema derecirculación, con una válvula conectada a la descarga para llenar completamente elcilindro de la primera etapa y mantener en el rango permisible la presión de succión. b. Válvula hacia el Mechurrio: Si el flujo de gas se incrementa, aumenta: la presión deentrada, las cargas en las barras y la potencia requerida que puede llegar a superar ladel motor. Para evitar esto, se instala una válvula de control en la línea de succión paradesviar el exceso de gas hacia el flare o sistema de alivio de la instalación. Adicionalmente, en caso de un shut down por emergencia, esta válvula permite desviarla producción hacia el flare sin causar problemas en instalaciones aguas arriba. c. Válvula reguladora de la presión de succión: Consiste en una válvula de mariposaque permite regular la presión de entrada, se cerrará en caso de incremento de lapresión, hasta que la presión aguas arriba aumenta lo suficiente para abrir la válvulade control hacia el mechurrio. d.Válvulas Blowdown: Estas válvulas se utilizan para vaciar el gas en el compresor,cuando está fuera de servicio ya sea por mal funcionamiento o mantenimiento, lo queminimiza el peligro potencial de reparaciones con gas atrapado. Estas válvulas seinstalan en la en la descarga, y envían el gas hacia el flare o múltiple de venteo Válvulas Shut-down:
Éstas válvulas aíslan el compresor de la instalación y se instalanen la succión, se activan en caso de mantenimiento del compresor, alto nivel de liquidoen los depuradores o paradas de emergencia; dependiendo del caso, secuencialmentese activa el blowdown de la planta.f. Válvulas de Alivio: Cada cilindro de compresión, debe tener instalada una válvula dealivio aguas arriba del enfriador, ajustada a 1,25 veces la presión de descarga o laMAWP; debido a que si el flujo llega a obstruirse, ninguno de los equipos seránsometidos a sobrepresión.g. Controlador de Velocidad: Este equipo aumenta la eficiencia del compresor y laflexibilidad operacional; si el flujo de gas se incrementa, la velocidad del compresoraumenta para manejar el excedente de gas. Al volver a ajustarse el flujo de gas, lavelocidad de giro vuelve a estabilizarse. Si el flujo de gas decrece, el compresor giralentamente hasta que la presión de entrada puede ser mantenida. El uso de esteequipo, no elimina la instalación del sistema de recirculación, válvula hacia el flare oválvula reguladora de la succión, pero si minimizará su utilización. PROCEDIMIENTO PARA ESPECIFICAR UN COMPRESOR RECIPROCANTE. Considerando que el volumen de gas a manejar, la presión de succión y descarga, latemperatura de entrada y la composición del gas son conocidas, el procedimiento paraespecificar un compresor reciprocante consiste en: establecer el tipo de compresorreciprocante, el número de etapas y la potencia requerida. Número de Etapas de Compresión El proceso de compresión genera incremento de la temperatura del fluido; debido aesto, la presión máxima que puede alcanzarse en una etapa compresión está limitada por latemperatura de descarga máxima permisible; ésta temperatura debe mantenerse en unrango entre 275 – 300 ºF. Por lo tanto, el número de etapas de compresión debe ser lacantidad de etapas que garanticen temperaturas de descarga en el rango indicado, en cadauna de las etapas de compresión del compresor. Una primera aproximación puede hacersecon la ecuación (1) variando el número de etapas hasta obtener una relación de compresiónR entre 2,5 y 4
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Pout: Presión de Salida (Psia) Pin: Presión de Entrada (Psia)n: Número de etapas
La relación de compresión es similar por etapa, a menos que por diseño del proceso serequieran diferentes valores. Para dos etapas de compresión, el radio por etapas es igual a laraíz cuadrada de la relación de compresión (Ecuación-1); para tres etapas la raíz cúbica; noobstante, en caso de altas presiones la relación de compresión debe disminuir a medida quela etapa se incrementa para reducir las cargas en las barras del compresor. Adicionalmente;para establecer la relación de compresión por etapa, debe considerarse aspectos económicos,ya que una alta relación de compresión ocasiona una
baja eficiencia volumétrica y serequiere cilindros de mayor tamaño para producir la misma capacidad. La implementación de múltiples etapas proporciona las siguientes ventajas al sistemade compresión: a.Para tener disponibles corrientes laterales, a niveles de presión intermedia, tales comoen los sistemas de los procesos de refrigeración. b.Para aumentar la eficiencia total de compresión, manteniendo la compresión tanisotérmica como sea posible, haciendo rentable la inversión adicional en enfriadores yseparadores interetapas contra el ahorro de potencia. c.Para fijar el aumento de presión por etapa a las limitaciones de presión diferencial deltipo de maquinaria: limitaciones en carga de empuje axial en los compresorescentrífugos, limitaciones de tensión en la varilla del pistón en los compresoresreciprocantes, deflexión del rotor y empuje en los rotativos. d.Para enfriar las entradas a las etapas y de ésta manera reducir los requerimientos decabezal de compresión total, suficientemente a fin de reducir el número de etapas decompresión requeridas. Esto da como resultado compresores más compactos y decostos de construcción más bajos e. Es beneficioso aumentar el número de etapas para disminuir temperatura; a pesar, deque se requiere un separador, un cilindro, un enfriador, más tuberías y sistemas decontrol aidicionales; ya que operar a menores temperaturas de descarga aumenta ladurabilidad de sellos, anillos y lubricante de los compresores reciprocantes. Paracalcular la temperatura de descarga de la etapa se utiliza la ecuación-2. Copiar formula
Tout: Temperatura de Salida (ºR) Tin: Temperatura de Entrada (ºR) Eisen: Eficiencia Isentrópica (Tabla-4) Tabla -4 Valores Estimados de Eficiencia Isentrópica de Compresores (Fuente: J. M.CAMPBELL, “Gas Conditioning and Processing”, Tomo II, Pág. 197 Copiar tabla
en caso que se utilicen múltiples etapas; la presión de succión de la siguiente etapa,puede estimarse de la siguiente forma: 1.Obtener la relación por etapa con la ecuación-1. La relación de compresión (R) estacomprendida entre 2 y 4; el número de etapas (n) puede variarse hasta estar dentroel rango de R o hasta verificar que todas las temperaturas de descarga sean inferioresa 260ºF. 2.Multiplicar la relación de compresión por la presión absoluta de succión, para obtenerla presión de descarga del cilindro .3.La presión de succión de la siguiente etapa, puede considerarse 3 a 5 Psi menor quela presión de descarga de la etapa anterior debido a las perdidas en los equiposinteretapas. 4.La temperatura de salida del enfriador de la etapa puede considerarse 120 - 130ºF POTENCIA REQUERIDA PARA LA COMPRESIÓN
La potencia de compresión, se define como la cantidad de energía teórica necesariapara comprimir un gas a unas condiciones especificas de succión y descarga; esta energía esindependiente del tipo de compresor, pero la cantidad de energía real si depende de laeficiencia del tipo compresor. La ecuación básica de termodinámica para el cálculo de trabajoes la siguiente: Copiar formula
El trabajo de compresión, es proporcional al área bajo la curva P-V presiónvolumen(figura-6), el proceso de compresión se rige por la ecuación Pv n=constante, el exponente nvaría dependiendo de los siguientes procesos (Figura-6): 1.Isotérmico: para este caso el trabajo calculado es menor y no hay cambio detemperatura; n=1. 2.Isentrópico (S1=S2): Proceso en el cual no hay calor adicionado o removido del sistema yla entropía permanece constante, n=K (K: relación de calores específicos) PvK =constante(K: Relación de Calores Específicos) .El trabajo calculado en este proceso es intermedio(figura-6). 3.Politrópico: Proceso en el cual los cambios en las propiedades del gas durante lacompresión permanecen constante y se rigen por la siguiente ecuación: n>K Pvn=constante. La mayoria de los equipos tienden a operar en un proceso politrópico,donde el trabajo calculado es mayor que en los demás procesos.
Copiar figura
Para estimar el trabajo de compresión, la mayoría de programas computacionalesutilizan la diferencia de entalpías del gas en el proceso de compresión, estas se obtienen através de ecuaciones de estado y constituye una de las mejores opciones para evaluar eltrabajo de compresión Copiar formula
* m: Flujo másico de vapor (lbm/hr)h 2(isentrópico): Entalpía a las condiciones de descarga isentrópica (Btu/lbm) h1: Entalpía a las condiciones de succión (Btu/lbm) Sin embargo, a pesar de que la mayoría de los fabricantes de compresores utilizan elproceso de compresión politrópico para estimar la potencia, una buena estimación puedeobtenerse considerando el proceso de compresión isentrópico (adiabático reversible),calculando la potencia en función del cambio de entalpía y luego se ajusta de acuerdo al tipode compresor para obtener la potencia real con la ecuación-6. Este método es utilizado porlos simuladores computacionales.
COPIAT ECUCAION
Donde: * m=∆ h isent =Trabajo Teórico (Ecuación 5) E: Eficiencia puede considerarse los valores de la tabla-4(incluye la eficiencia mecánica y laisentrópica. Diseño del Cilindro de Compresión Las ecuaciones que se indican a continuación, permiten calcular el diámetro delcilindro, para luego seleccionar los disponibles en manuales de fabricantes de compresores. Clearance: El pistón de un compresor reciprocante no viaja hasta el final del cilindro;ya que cierto espacio se necesita para las válvulas entre del cilindro, cuando el pistónse 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 elvolumen total barrido por el pistón. puede asumirse en 20% para un cálculo previo yluego ajustarse con el valor real indicado por el fabricante del cilindro
Copiar formula eficiencia Volumétrica: El término eficiencia volumétrica, se refiere aldesplazamiento real de un cilindro comparado con la capacidad de bombeo total si noexistiese volumen muerto. Debido a este volumen muerto, el volumen de gas quedesplaza el cilindro es menor que el volumen máximo del cilindro; por lo tanto, laeficiencia volumétrica (Ecuación 9), es la relación entre el volumen real (V1) quedesplaza un cilindro sobre el volumen ideal (Vd) que desplazaría si no existiese elvolumen muerto.
Copiar formula Z1/Zd: Relación de factores de compresibilidad entre la entrada y la salida K: Relación de Calores Específicos V1: Flujo volumétrico real de gas a la entrada (pie3 /min) La ecuación 10, establece la eficiencia volumétrica en función de las dimensiones delcilindro. Al obtener la eficiencia volumétrica, el desplazamiento ideal del cilindro sedetermina (Qideal) y su diámetro se despejaría de la ecuación 11 para cilindros dedoble acción. El desplazamiento actual (Qideal) es igual a flujo actual de gas (ACFM)
Copiar formula Recorrido: Puede obtenerse del fabricante del de compresores (STROKE) RPM: Velocidad de giro del compresor depende del tipo de compresor uno de altavelocidad (900 – 1800 RPM) d: Diámetro del cilindro (pulg) drod: Diámetro de la Barra (pulg) Cargas en las Barras del Compresor. Los fabricantes de compresores reciprocantes, especifican sus monturas en función dela potencia promedio, velocidad de giro y cargas admisibles; estas cargas, corresponden a
lasfuerzas a compresión y tensión aplicadas (ecuaciones 13 y 14) y son proporcionales a lafuerza estática y a las cargas de inercia sobre los componentes del compresor, tales como:cigüeñal, barras de conexión, barra del pistón y el área proyectada de los cojinetes delcilindro; en ninguna circunstancia, las cargas aplicadas pueden exceder las admisibles. −copiar formula Ac: Efectiva área (área del pistón – área de la barra) Ap: área del pistón Pd: presión de descarga (Psia) Ps: presión de Succión (Psia) En el proceso de cálculo del compresor, puede determinarse las cargas al final delcálculo; en caso de que las cargas superen las indicadas en la montura del compresor, puedeajustarse la relación de compresión estabilizando las temperaturas de descarga de las etapas.Con esto, se logra una disminución razonable de las cargas aplicadas al compresor peroocasionará un incremento en la relación de compresión de la primera etapa y unadisminución en las etapas sucesivas pero pueden ser razonables. CONCLUSIONES
En los casos que la composición del gas sea variable debe seleccionarse uncompresor reciprocante, debido a que son menos sensibles que los compresoresdinámicos a las propiedades cambiantes del gas. Adicionalmente, el compresorreciprocante posee mayor flexibilidad que el compresor centrífugo; ya que, puedeadaptarse a diferentes rangos de presiones, sin realizar grandes cambios en suconfiguración inicial.
Un equipo de compresión está conformado por varias etapas; una etapa, posee undepurador para eliminar el líquido de la corriente a comprimir, un cilindro decompresión para aumentar la presión del gas y un enfriador para disminuir latemperatura del gas luego que este es comprimido para pasar a la etapa siguiente. lainstalación de un depurador interetapa es obligatoria; a pesar, de que la simulacióndel proceso indique que no existe líquido en la corriente.
La relación de presión influye en la temperatura de descarga de la etapa y en lascargas aplicadas del compresor; por esto, en cada etapa debe establecerse que nivelde presión alcanzar, verificando que las cargas en las barras y las temperaturas dedescarga sean inferiores a las admisibles recomendadas por el fabricante delcompresor.
El número de etapas de compresión se determina en función de las temperaturas dedescarga en cada etapa de compresión, y debe ser un número que garanticetemperaturas inferiores a las máximas permisibles. A pesar de que el incremento deuna etapa, representa la adición de un depurador, un cilindro y un enfriador adicional;si se requiere para que el compresor opere a temperaturas inferiores a las permisiblesdebe aumentarse la etapa.
En la montura (frame) del equipo de compresión, se especifican la potencia máxima,las cargas permisibles y el número de cilindros. El número de cilindros debe ser igualo mayor al número de etapas requeridas
Una baja presión de succión en los equipos de compresión, genera incremento de larelación de compresión y aumento de las cargas aplicadas al equipo; para evitar esto,se instala un sistema de recirculación que toma el gas de la descarga y lo introduceen la primera etapa, para compensar la disminución de presión. En toda facilidad de compresión, debe instalarse un equipo de separación primaria oslug catcher aguas arriba del múltiple de succión para evitar la posibilidad de quealgún líquido de forma irregular pueda llegar al compresor. En la instalación donde se ubicará el compresor reciprocante debe existir sistemas deseguridad; no obstante, el equipo de compresión debe estar dotado de sistemas deseguridad que protejan al equipo en caso de emergencias o problemas operacionales,desviando la producción hacia el flare y desalojando los fluidos combustibles. En la planta debe instalarse válvulas SDV (SHUT DOWN VALVE) y válvulas BDV(BLOW DOWN VALVE) en la succión aguas debajo de la válvula de control que desvíahacia el flare y en la descarga. En caso de una emergencia las válvulas SDV cierren laentrada de gas a la planta y desvían la producción al flare, las válvulas BDV abren ydescargan el gas contenido en los equipos de compresión al sistema de venteo. El montaje de enfriadores para compresión de gas es integral, se ubica todos losintercambiadores de las etapas mas los requeridos para servicios adicionales(enfriamiento de agua del motor y compresor) y generalmente poseen un soloventilador acoplado directamente al motor del compresor. El enfriamiento interetapadisminuye el trabajo de compresión y lo hace más eficiente
http://es.scribd.com/doc/84256115/COMPRESORES-RECIPROCANTES
Resumen La presente investigación expone la información más importante sobre los compresores reciprocantes, esto incluye su concepto como una máquina que admite un gas, lo comprime y lo descarga a una mayor presión, trabaja con un proceso de cuatro etapas,
que se dan en una vuelta del cigüeñal, es decir en 360 grados, las cuales son: compresión, descarga, expansión y succión. También se identifican los tipos compresor reciprocante: Simple Etapa, Múltiples Etapas, Balanceado - Opuesto e Integral. Se describen las partes más importantes y se determina que su operación segura y confiable demanda que sean correctamente lubricados, su lubricación comprende tanto los cilindros como los cojinetes del cigüeñal. Los compresores reciprocantes tienen diversas aplicaciones tanto en la industria petrolera como petroquímica, además se requiere su utilización en la refrigeración doméstica, comercial, transportada, o aire acondicionado. La mayoría de los compresores se analizan usando la ley de los gases ideales y una suposición de que hay un calor específico constante y poseen ventajas y desventajas que deben tomar en cuenta al momento de su selección. La recolección de información en material impreso como libro, revistas y vía web, permitió el cumplimiento del objetivo planteado, comprender el funcionamiento motor reciprocante como conocimiento teórico indispensable en nuestra formación como profesionales de la mecánica.
Introducción Un compresor es una máquina que admite un gas, lo comprime y lo descarga a una mayor presión. Los compresores tienen muchas aplicaciones industriales. Por ejemplo, son utilizados en sistemas de refrigeración, aires acondicionados, en la presurización de gases durante la fabricación de plásticos, polímeros y otros químicos. Pero el uso más importante de los compresores es el de la producción de aire comprimido, prácticamente toda planta moderna, sitio de construcción o taller está equipado con un suministro deaire comprimido. Esta fuente de energía instantánea, segura y flexible puede ser usada para operar todo tipo de herramientas neumáticas, suministrar refrigeración, operar maquinaria y controlar procesos de fabricación de diversos tipos Compresor reciprocante. En una planta compresora la selección del equipo de compresión juega un papel muy importante en la operatividad y aprovechamiento de la instalación; los compresores reciprocantes, son compresores de desplazamiento positivo de gran utilidad, debido a que poseen mayor flexibilidad operacional que un compresor centrífugo; 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, diámetro del cilindro o ajuste de bolsillos (revamping) se ajustan a nuevas condiciones de operación de la instalación. Un compresor reciprocante es básicamente un tipo de bomba en donde el aire es comprimido por un pistón que se mueve dentro de un cilindro. El pistón es empujado, por una biela conectora y un cigüeñal movido por algún tipo de motor. La siguiente investigación, muestra la información básica sobre equipos de compresión reciprocantes; así como también, los tipos, partes que lo conforman, características, funcionamiento, ventajas y desventajas, aplicaciones y mantenimiento.
Conclusión El compresor reciprocante, es un tipo de compresor de gas que logra comprimir un volumen de gas en un cilindro cerrado, volumen que posteriormente es reducido mediante una acción de desplazamiento mecánico del pistón dentro del cilindro. Su forma de trabajar es la que le da el nombre, ya que éste recibe un movimiento rotativo y lo convierte en alterno. Básicamente un compresor reciprocante está constituido de pistones y cilindros. El movimiento es aplicado a un cigüeñal o un equivalente en función y éste lo transfiere al pistón o pistones a través de la biela. Su mayor ventaja radica en que estos compresores poseen una mayor eficiencia a cargas altas y parciales, en especial aquellos de dos etapas. Sin embargo, el interés por estos equipos ha decaído, principalmente debido a los requerimientos de mantenimiento, costos de instalación y ruido. Aun así, unidades de este tipo poseen la mayor eficiencia siempre y cuando reciban el mantenimiento adecuado. A pesar de esto, su rendimiento suele deteriorarse rápidamente con el tiempo debido al desgaste que sufren los cilindros, pistones y anillos. El desgaste y deterioro de las válvulas también contribuye a reducir su eficiencia. En la instalación donde se ubicará el compresor reciprocante debe existir sistemas de seguridad; no obstante, el equipo de compresión debe estar dotado de sistemas de seguridad que protejan al equipo en caso de emergencias o problemas operacionales, desviando la producción hacia el flare y desalojando los fluidos combustibles http://htmlimg1.scribdassets.com/9tr8wqttds1g18gf/images/4-2951426c7c.jpg
Compresor recipr ocante
