Reciprocating Compressors October 1999
EX
T
L
Training
Copyright: HOERBIGER Compression Technology Training Center
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Compresores Reciprocantes EX
T
L
Training
0
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OBJETIVOS DEL CURSO EX
Adquisición de conocimientos básicos sobre compresores alternativos
T
L
Conocimientos primarios parar operar, mantener mantener o comercializar comer cializar compresores alternativos Conocimiento sobre válvulas, Sistemas de Control Otras partes de compresores
Training
0.1
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Compresores Alternativos EX
Principios
T
L
Diseño
Compresores Training
1.0
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Principios Basicos EX
T
L
•
Piston Compresor Simple efecto - Movimiento alternativo
•
Cilindro Camara de compresión
Training
2.0
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Compresor Reciprocante de Simple Efecto Función EX
El movimiento rotativo del motor es convertido en movimiento alternativo mediante la acción conjunta de la biela, el pistón y el cilindro.
T
L
Training
2.1.1
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Compresor Reciprocante de Simple Efecto Succión y Compresión EX
valvulas cilindro piston
T
L
Succión – Desde el ambiente – Desde la cañería o ducto
Compresión – A una línea de presión – A un recinto cerrado
Training
2.1.2
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Compresor Reciprocante de Simple Efecto Componentes EX
T
L
Cilindro
Motor
electrico, diesel o a gas
Válvula de Succión
Succión desde el ducto Descarga en la línea de Presión Training
Válv. Descarga
Pistón
Cilindro
Motor
2.1.3
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Compresor Reciprocante de Simple Efecto Ciclo de Compresión EX
Expansión Del gas que quedo encerrado en el cilindro
T
L
Succión Del gas de baja presión proveniente de la línea
Compresión Del gas encerrado en el cilindro
Training
2.1.4
Descarga Del gas comprimido a AP a la linea de salida
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Compresor Alternativo de Simple Efecto Ciclo de compresión con el Diagrama Presión - Volumen EX
T
L
Descarga
Expansión
p n ó i s e r P
p,VDiagram
Volumen V
Succión
Compresión
Training
2.1.5
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Compresor Alternativo de Simple Efecto Ciclo de Compresión con Diagrama de Presión - Volumen EX
Comienzo de Ciclo
Expansión
p n ó i s e r P
...Del gas encerrado
en el espacio nocivo o muerto
T
L
p,VDiagram
Volumen V
Training
2.1.5.A
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Compresor Alternativo de Simple Efecto Ciclo de Compresión con Diagrama Presión - Volumen EX
T
L
p
Expansión
n ó i s e r P
p,VDiagram
Volumen V
Succión
Training
2.1.5.B
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Compresor Alternativo de Simple Efecto Ciclo de Compresión con Diagrama Presión - Volumen EX
T
L
Expansión
p n ó i s e r P
p,VDiagram
Compresión
Volumen V
Succión
Training
2.1.5.C
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Compresor Alternativo de Simple Efecto Ciclo de Compresión con Diagrama Presión - Volumen EX
T
L
Descarga p
Expansión
n ó i s e r P
p,VDiagram
Compresión
Volumen V
Succión
Training
2.1.5.D
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Compresor Alternativo de Simple Efecto Ciclo de Compresión con Diagrama Presión - Volumen EX
Comienza un nuevo ciclo
T
L
Descarga Expansión
p n ó i s e r P
p,VDiagram
Compresión
Volumen V
Succión
Training
2.1.5.E
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Compresor Alternativo de Simple Efecto Diagrama p,V- Posición del Pistón EX
Presión de descarga
Diagrama P-V = Las curvas son teóricas
p n ó i s e r P
o t r0° e u 360° m / o v i c o n . c a p s E
T
L
no considera las pérdidas
Angulo Cigueñal
180°
Volumen Succión Volum. Total Desplazado Carrera pistón x Area de pistón Training
Posición del Pistón Punto Muerto Superior (TDC)
Punto Muerto Inferior (BDC)
2.1.6
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Compresor Reciprocante de Simple Efecto Diagrama P - T EX
Diagrama P - T
Diagrama P-V
Segundos
p n ó i s e r P
0°
Angulo Cigueñal
180°
360°
180°
Angulo de Cigueñal
360°
Espacio Nocivo
0°
L e r u s s e r p r o t a c i d n I
Valores Medidos
Mostrado en forma ideal
T
Volumen Succión Vsucción Vol. Tot. Desplaz Vtotal
Eficiencia Volumétrica
v=
Vsucción Vtotal
Training
2.1.7
TDC BDC
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Compresor Reciprocante de Doble Efecto Comparación entre simple y doble efecto EX
Simple
T
L
Cigueñal
Doble
Cigueñal
r e t r a c / l a ñ e u g
Cruceta Carter
Cilindro
i c o d a L
Cilindro
o r d n i l i c a z e b a c o d a L
Training
2.2.1
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Compresor Reciprocante de Doble Efecto Válvulas y Cilindros Vástago o barra
Pistón
Lado de Succión
Lado de Descarga
Punto Muerto Superior “Top dead center”TDC Punto Muerto Inferior “Bottom dead center” BDC
o r d n i l i C e d a z e b a C
EX
T
L
Cilindro
Abierto Cerrado Válvulas Succión o r r
e t r a c
l e d o d a L
n d i l i C a z e b a C
Válvulas Descarga Cerrado Abierto
Training
2.2.2
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Compresor Reciprocante de Doble Efecto Diagrama P-T Presión de Succión
EX
T
L 180°
0°= 360°
Presión de Descarga
El Diagrama p-t muestra la variación de la presión en el cilindro en un tiempo dado y a un ángulo de posición del cigueñal dado segundos n ó i s e r P
Presión de Descarga Indicador de Presión a
e d r o d a c i d n I
0°
Lado cabeza Cilindro Lado Carter
Presión de Succión 180°
360°Angulo de Cigueñal
Training
2.2.3
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Compresor Reciprocante de Doble Efecto (1) Comienzo del ciclo Pto Muerto Superor TDC, Ángulo Cig. 0°
Válvulas Succión Cerradas
EX
T
L
TDC 0°
Válvulas Escape Cerradas Presión de Descarga
n ó i s e r P e d r o d a c i d n I
0°
Indicador de Presión a Lado Cabeza
Training
Lado Carter
2.2.4A
Presión de Succión 180°
360° Angulo Cigueñal
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Compresor Reciprocante de Doble Efecto (2) Válvula Succión lado cabeza abre a 40° aprox. áng. cigueñal
Válvula succión lado cabeza abre r e t r a c l e d o d a L
40°
Succión
Descarga
l i c a z e b a c o d a L
EX
T
L
Válvula descarga cerrada Presión de descarga
n ó i s e r P e d r o d a c i d n I
0° 40°
Indicador de presión a Lado Cabeza
Training
Lado Carter
2.2.4B
Presión de Succión 180°
360° Ángulo de cigueñal
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Compresor Reciprocante de Doble Efecto (3) Válvula escape lado carter abre aprox. a 105 grados de giro cigueñal
Valv succión lado cabeza abierto r e t r a c l e d o d a L
105°
Succión
a z e b a c o d a L
EX
T
L
Descarga
Válvula descarga lado carter, abierta Presión de Descarga
n ó i s e r P e d r o d a c i d n I
0°
Indicador de presión a lado cabeza
Training
lado carter
2.2.4C
Presión de Succión 105°
180°
360° Ángulo cigueñal
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Compresor Reciprocante de Doble Efecto (4) Válvula de Succión y Descarga a ambos lados cerradas
Válv. Succión lado cabeza cerrada Succión
r e t r a c
180°
BDC
o d a L
a z e b a C o d a L
EX
T
L
Descarga
Válv. Descarga lado carter cerrada Presión de descarga
n ó i s e r P e d r o d a c i d n I
0°
Indicador de presión a Lado cabeza
Training
Lado carter
2.2.4D
Presión de Succión 180°
360° Ángulo de cigueñal
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Compresor Reciprocante de Doble Efecto (5) Válvula de Succión lado carter abre a aproxim. 235° giro cigueñal
Válvula succión lado carter abierta Succión
r e t r a c l e d o d a L
235°
a z e b a c o d a L
EX
T
L
Descarga
Válvulas descarga cerradas Presión de Descarga
n ó i s e r P e d r o d a c i d n I
0°
Indicador de presión a Lado cabeza
Training
Lado carter
2.2.4E
Presión de Succión 180°235°
360°Ángulo de cigueñal
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Compresor Reciprocante de Doble Efecto (6) Válvula Descarga lado cabeza abre a aprox 300° ángulo cigueñal
Válvula Succión lado carter abierta r e t r a c
300°
l e d o d a L
Descarga
a z e b a c o d a L
T
L
Válvula descarga lado cabeza abierta Presión de Descarga
n ó i s e r P e d r o d a c i d n I
0°
Succión
EX
Indicador de Presión Lado cabeza
Training
Lado carter
2.2.4F
Presión de Succión 180°
300° 360° Ángulo de cigueñal
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Compresor Reciprocante de Doble Efecto (7) Válvulas de succión y escape cerradas a ambos lados
Válv. succión lado carter cerrada
EX
Succión
L
r e t r a c
360°
l e d o d a L
0°
a z e b a c
T
TDC Descarga
o d a L
Válvula descarga lado cabeza cerrada Presión de Descarga
n ó i s e r P e d r o d a c i d n I
0°
Indicador de presión a Lado cabeza
Training
Lado carter
2.2.4G
Presión de Succión 180°
360° Ángulo de cigueñal
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Compresores Multietapas Principio Q
1ra Etapa
EX
Q
2da Etapa
3ra Et.
3 bar
8 bar
22 bar
1 bar
3 bar
8 bar
Compresión en 2 a 8 etapas • Se utilizan para poder alcanzar presiones elevadas para compresores de media, alta y ultra alta presión o hiperbáricos Con enfriadores de calor entre las distintas etapas
• Para poder soportar el exceso de temperatura y que no dañe los materiales del compresor ni perjudique al aceite lubricante
• Para ahorrar costos energéticos
T
L
Training
2.3.1
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Compresores Multietapas Ahorro energético, compresión multietapa con interenfriadores EX
T
p
Relación de compresión muy elevada si se realiza en una sola etapa
L
Compresión en la segunda etapa Energia ahorrada = Trabajo Ahorrado Mediante un compresor en 2 etapas con enfriamiento interetapa menores pérdidas
2. Etapa n ó i s e r P
Enfriamiento entre Etapas 1 y 2 1. Etapa
Volumen
Compresión en la primera Etapa V
Training
2.3.2
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Compresores Multietapa Balance Energético EX
Calor Transferido al enfriador 1ra Etapa
2da 3ra Etapa Etapa
Al enfriador del cilindro Al gas Al aceite lubricante y al medio ambiente
Energia entregada al cigueñal
. F S N A R R O T L A C
T
L
Pérdidas por fricción
Energía para compresión isotérmica
S A D I Pérdidas por enfriadores (intercoolers) D Por flujo (pérdidas a través de la R cañería y válvulas por caída de presión) E P
Por fugas y calentamiento del gas succión
Pérdidas Adiabáticas
Training
2.3.3
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TRANSMISIÓN Compresor de Simple Efecto EX
El movimiento rotativo del motor se convierte en un movimiento reciprocante del pistón
T
L
MOTOR Eléctrico, a gas, diesel ....
BIELA CILINDRO Válvula de Succión Succión desde el ducto Descarga en la línea
Motor
Cilindro
Pistón
Válvula de Descarga
Training
2.4.1
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TRANSMISIÓN Componentes en un compresor de doble efecto EX
T
L
Cigueñal
Cojinete de Biela Biela
Guía de Cruceta
Training
2.4.2
Cojinete de Bancada Cruceta
Perno o Pin de cruceta
Cojinete de Cruceta o Cojinete de Manivela
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TRANSMISIÓN Cinemática
=
l
r
Radio de Muñón Longitud de biela
EX
l
T
L BDC
TDC
Carrera y velocidad del pistón durante un ciclo de giro de cigueñal
n ó a t r s e i r r P TDC a e C d n ó t s i P l e d d a d i 0 c o l e V
BDC
vmax a vmax a
TDC
= 0,25 =0 0
vmax a
Ángulo Cigueñal
vmax a
=0 = 0,25
se debe tener en cuenta en el diseño de válvulas y en los sistemas de control de capacidad
Training
2.4.3
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
TRANSMISIÓN Balanceo de Masas sobre componentes EX
T
L
Fuerzas y momentos inerciales Son generadas por la aceleración y desaceleración provocadas por las masas de componentes del mecanismo reciprocante. Esto genera fuerzas de inercia en la dirección de la carrera y momentos de inercia sobre el centro de gravedad. Deben tenerse en consideración en el diseño de los cilindros buscando compensación y balance de masas.
Masas Rotativas La fuerza centrífuga de las partes rotantes son balanceadas a a través de contrapesos que se agregan al cigueñal
Training
2.4.4
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TRANSMISIÓN Fuerzas sobre vástago pistón
En el compresor, el gas comprimido genera fuerzas contra el pistón y el vástago que son absorbidas por la cruceta y transferidas al cigueñal a través de la biela. Estas fuerzas se suman o restan a las fuerzas inerciales.
EX
T
L
Fuerza en vástago = Fuerza del gas + Fuerzas inerciales Lado Carter
Lado Cabeza
35
] 200 N 0 0 0 1 100 [ o g a t 0 s á V n e a-100 z r e u F
] r a b 30 [ n ó 25 i s e r p 20 e d r o d 15 a c i d 10 n I
5
Fuerza del Gas Fuerza de Inercia
TDC
BDC TDC Ángulo de Cigueñal
-200
n ó i s n e T
Resultante
TDC
BDC TDC Ángulo de Cigueñal
n ó i s e r p m o C
Training
2.4.5
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
TRANSMISIÓN “Carga Reversa sobre Vástago” EX
Los fabricantes, en su diseño, deben estar seguros de que se produzca la carga reversa sobre los vástagos de pistón.
T
L
Esta carga reversa es la que asegura que se mantenga la película lubricante en el perno de pistón de la cruceta. La pérdida de esta carga reversa puede provocar daños en los cojinetes de cruceta los que terminan ocasionando fallas catastróficas. 200
Tomar en consideración que: Cualquier cambio en Ingeniería que pueda afectar el balance de masas o evitar que que se forme la carga reversa en vástago debe consultarse al fabricante o a Hoerbiger
n ó i s n e T
100 0
Carga reversa
-100 -200
TDC
BDC
TDC
Training n ó i s e r p m o C
2.4.6
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
TRANSMISIÓN Fuerzas Actuantes cuando un Efecto no Comprime (ON - OFF) EX
Las fuerzas sobre el vástago son las únicas presentes La lubricación del perno de cruceta no está garantizada!
T
L
Lado Carter no comprime Lado cabeza
35 ] r a 30 b [ n 25 ó i s e r P20 e d r o d15 a c i d10 n I
Fuerza del gas Fuerza Inercial 200 ] N 100 0 0 0 1 [
0
e c r o f d-100 o R
Lado Carter
5
n ó i s e r p m o C
Resultante
-200
TDC
BDC
TDC
TDC
BDC
TDC
Training
2.4.7
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
TIPOS DE COMPRESORES Desplaz. Positivo
Turbo
Rotativos
Centrífugos
Radiales
Sist. No Conv.
T
L
Reciprocante
Axiales
Cíclicos Axiales
EX
Axiales Pulsantes Sist. No Conv. Training
Compresor a Tornillo
Bilobular trilobular, con espiral (seco y aceite) con anillos de líquido
Compresor a Paleta
Compresor a Pistón a Diafragma
2.5.0
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TIPOS DE COMPRESOR Compresores Reciprocantes de Desplazamiento Positivo EX
Compresor Reciprocante o Alternativo a Pistón
Compresor a Diafragma
T
L
Training
2.5.1
La Presión es aumentada mediante el efecto de reducir el Volumen
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TIPOS DE COMPRESORES Compresor Rotativo de Desplazamiento Positivo EX
Ejemplo de un compresor del tipo no convencional
T
L
Compresor Rotativo a Paletas
y Training
2.5.2
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TIPOS DE COMPRESORES Compresor Rotativo de Desplazamiento Positivo EX
Ejemplos de compresores no convencionales
A Lobulos
T
L
A Pistón Rotativo
Training
2.5.3
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TIPOS DE COMPRESOR Compresores Rotativos de Desplazamiento Positivo EX
Compresor a Tornillo Son del tipo axial, para aire y bajas presiones.
T
L
Presión de línea Aire y aceite mezclado pasa al separador Training
2.5.4
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TIPOS DE COMPRESORES Turbo Compresores EX
T
L
Flujo Radial
Flujo Axial
Training
2.5.5
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Diseño de Compresores Sistemas y Componentes EX
T
L
Training
3.0
Montaje de un Compresor de Gas de Proceso
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Diseño de Compresores Componentes EX
Válvula de Seguridad
Enfriador
T
Motor L
Training
3.1.1
Carter Cigueñal
Base o Trineo
Cilindro de Alta
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Diseño de Compresores Denominación de Acuerdo a la Posición de Cilindros Compresor Vertical
EX
T
L
Compresor en "V"
Comp. en "W"
Training
3.1.2
Horizontal Opuesto
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Transmisión Componentes EX
Cojinete de Biela
Cigueñal
Biela
Cruceta
T
L
Guía de Cruceta
Training
Cruceta Cojinete Bancada Carter
Perno de Cruceta Cojinete de Cruceta
3.2.1
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Transmisión Cigueñal, Carter, Cojinetes EX
T
L
Cigueñal
Carter Training
3.2.2
Asiento Cojinete de Bancada
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Transmisión Carter EX
Carter: El carter contiene a la cruceta en su interior
T
L
Materiales: Fundición de Hierro, Placas de Acero Soldadas o Fund de Aluminio
Lado de Cruceta
Training
3.2.3
Carter
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Transmisión Cigueñal EX
T
L
Los Cigueñales transmiten el torque de fuerza proveniente del motor a las bielas. Las bielas descansan sobre los cojintetes. En pequeñas máquinas suelen usarse rulemanes. Materiales: Normalmente de aceros forjados y con tratamientos térmicos, otras veces de fudición de hierro grafítica nodular. Producción: Cigueñales pequeños se forjan o funden en una sola pieza. Cigueñales grandes se hacen a partir de barras usando técnicas especiales de templado.
Training
3.2.4
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TRANSMISIÓN Bielas Las Bielas conviernten el movimiento rotativo del cigueñal en un movimiento rectilineo reciprocante en el pistón
EX
T
L
La parte superior que va contra el pistón o la cruceta, es normalmente cerrada La parte inferior que toma al cigueñal es normalmente en dos mitades.
Training
3.2.5
Materiales: Acero Forjado, Fundición grafítica nodular, fundición de acero. En algunos casos de aluminios especiales o a partir de barras con tratamientos
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TRANSMISIÓN Crucetas y Pernos de Crucetas Las crucetas sirven para articular y alinear el vástago de pistón con la biela. El perno de cruceta sirve para asegurar el sistema y facilitar la unión
EX
T
L
Perno de Cruceta
La cruceta se desliza sobre la guía a través de los materiales antifricción que lleva en las zapatas La superficie de contacto es normalmente de metal blanco o se trata de superficies con aporte de babbit, que pueden remetalarse. Materiales:
Training
3.2.6
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CILINDRO COMPLETO Partes del Cilindro EX
Actuador Descargador Vástago de Pistón Pieza Distanciadora
Ducto de Succión
T
Tapa Válvula Sujeta Válvula
L
Válvula Succión Nido Válvula Succión Pistón Anillos de Pistón Cabeza de Cilindro NidoVálvula Escape
Packing de Vástago
Válvula de Escape Sujeta Válvula
Diámetro de Cilindro Cilindro o Liner
Tapa Válvula Conducto Descarga Canales de Enfriamiento
Training
3.3.1
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CILINDROS EX
Existen diferentes cilindros para las distintas aplicaciones
T
L
En máquinas de simple efecto las válvulas y los ductos de gas están del lado cabeza En los cilindros hay normalmente aletas de ventilación o canales de enfriamiento En las máquinas de doble efecto las válvulas se localizan en los laterales en forma radial al diámetro de los cilidros Materiales Para el cilindro y la tapa de cilindro • Hasta 50 bar / 725 PSI: Fundición de hierro • Más de 50 bar / 725 PSI : Fundición de Acero Más de100 bar / 1450 PSI: Acero Forjado
r e t r a c o d a L
a z e b a C o d a L
Training
3.3.2
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
CILINDROS EN TANDEM Dos o más pistones sobre un mismo vástago Normalmente se usan para compresores de varias etapas de alta presión
EX
T
L
1ra Etapa
2da Etapa C
Training
3.3.3
La cámara de compensación C se conecta al ducto de succión porque allí la temperatura es menor. La presión que se produce en la cámara de compensación, genera una fuerza en el pistón que reduce las cargas sobre el vástago.
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CILINDROS Nido y Sujetador de Válvulas Requerimientos: • Fácil instalación y reemplazo • Bajas pérdidas de presión y calor en las
EX
T
L
válvulas-nidos de válvulas-sujeta válvulas • Menor espacio muerto posible La forma del nido de válvula y su posición en el cilindro tiene gran influencia en la pérdida y el rendimiento.
Training
3.3.4
El sujetador y los tornillos del sistema, deben dejar pasar al gas lo más libre que sea
Todos estos factores deberían tenerse en consideración al momento de diseñar las
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CILINDROS Válvulas Las válvulas cierran la cámara de compresión durante la expansión y la com presión. Durante la succión y la descarga deben estar abiertas para permitir el llenado de la cámara (succión) o permitir que el gas fluya (descarga).
EX
T
L
Las válvulas se abren y cierran por el diferencial de presión que actúa sobre sus elementos de cierre. El tiempo de cierre y apertura se determina por la presión diferencial y por el diseño de la válvula. Rango de aplicación de válvulas HOERBIGER
• Velocidad de hasta 1800 rpm • Temperaturas hasta 250°C/482°F • Presión hasta 600 bar/8700 PSI Importante Buena Aerodinamia
Training
Buena Hermeticidad
3.3.5
Bajo Espacio Nocivo Buen cierre en nido de Válvula
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CILINDROS Distintos Tipos de Válvulas de Compresores EX
T
Elementos Sellantes Platos - anillos - channels o canaletas - strips o láminas - flappers - poppets - etc En Acero y en Materiales Termoplásticos
L
Distintos tipos de Válvulas
Plato de Acero
Anillos Plásticos
Plato Termoplástico Training
3.3.6
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
CILINDRO Correcta Instalación de Válvulas, qué verificar? EX
1. Correcto Armado de la Válvula
T
3. Chequear posición correcta de la válvula en el nido .
L
2. No mezclar válvulas de succión con válvulas de escape D
S
(Norma API 618 describe procesos que hacen que sea imposible mezclarlas).
4. Verificar que la válvula quede firmemente sujeta. Peligro de rotura de asiento de válvula o que se afloje la tuerca por vibración
Training
3.3.7
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CILINDROS Instalación de Válvulas de Admisión y Escape EX
Causa de pérdidas en válvulas: • Mal armado del sistema tapa de válvula, sujetador, O´rings,
T
L
gaskets, abreválvulas, actuadores, tornillos de sujeción Secuencia correcta: 1 . Apretar la tapa de válvula únicamente cuando estemos seguros que el sujeta válvula y tornillos estén correctamente montados 2 . Apretar todos los tornillos de acuerdo al torque especificado • Pérdida por gaskets defectuosos o recuperados • Altura de válvulas y /o sujetadores muy bajas luego de varias reparaciones o problemas de un mal asiento en el nido de la válvula.
Pérdidas por hermeticidad por mal estado de las partes a sellar, falta de gasket o gasket defectuosos Es necesario tener buenas superficies de apoyo. Es preferible tener las caras de cierre rectificadas. Las válvulas HOERBIGER, como todas las válvulas reparadas en nuestros talleres tie abamiento superficial de (Norma HN150).
Training
3.3.8
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
CILINDRO Válvulas Concéntricas o Válvulas de Doble Efecto EX
Parte de Succión
Parte de Descarga
Válvula Concéntrica 105R/178CE Con Descargador de acero
T
L
Problemas más comunes • Turbulencia por problemas de pasaje en válvulas de escape • Pérdidas por no tener una buena forma de sujeción • Inadecuado enfriamiento Training
3.3.9
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Válvulas Concéntricas El problema de la turbulencia
EX
Mal apoyo de la válvula con
afecta mal sistema de sujeción • Eficiencia provoca fugas o pérdidas • Cierre y apertura correcta del plato de cierre El área de pasaje de succión y descarga, suelen ser insuficiente para dejar pasar el caudal requerido.
Pérdidas • Entre la cámara de succión y la de descarga • Entre la cámara de descarga y la cámara de cilindro
T
L
Válvula Concéntrica
Training
3.3.10
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
CILINDROS
Liners EX
T
L
Liner
Normalmente son de Fundición de Hierro, lo que favorece un adecuado y suave deslizamiento. Sin embargo cuando se requiere, algunos liners son de Acero o Ni-Resist, incrementando su resistencia a costa de condiciones de fricción no tan favorables. Liners no refrigerados están en contacto directo con la pared del cilindro.
Training
3.3.11
Cilindros refrigerados tienen circulación de aire, aceite o refrigerante entre el liner y la pared del cilindro. Por ningún motivo el refirigerante debe entrar dentro del cilindro
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CILINDRO Pistón EX
T
L
Pistones • soportan la fuerza del gas y la fuerza del vástago de pistón. • Proveen los elementos sellantes que provocan la compresión. Tipos
• Pistón con acople a biela (simple efecto), • Pistón con acople a vástago (doble-ef.) • Pistón en Tandem (doble o simple efecto) Materiales Fundición de Hierro, Acero o Aluminio
Training
3.3.12
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CILINDRO Tipo de Pistones
Pistón para sistema Simple Efecto
Pistón para sistema Doble Efecto
Rider rings / bandas guías
EX
T
L
Piston rings /anillos de pistón
Training
3.3.13
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
CILINDROS Anillos de Pistón
Piston Rings o Anillos de Pistón
• • •
Como elementos sellantes separan cámaras de distintas presiones
EX
T
L
Como rider rings o bandas guías soportan el peso del vástago y el pistón y evitan que liner y pistón se toquen. Como rascadores de aceite (en fundición) reducen el exceso de aceite y la contaminación sobre las válvulas y el gas comprimido.
Materiales Fundición de Hierro Termoplásticos de varios tipos
Training
3.3.14
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CILINDRO Pistón EX
Velocidad del pistón en compresores
vm =
T
L
s x n 30
vm . . velocidad promedio del pistón en m/s s . . . stroke o carrera del pistón en mm n . . . rpm
Valores para vm 3 a 5.5 m/s para pequeños compresores simple efecto 2.5 to 4 m/s para compresores doble efecto multietapa o grandes.
Training
3.3.15
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CILINDRO Vástago de Pistón EX
Compresor Doble Efecto: El vástago de pistón conecta al pistón con la cruceta y es el que soporta las fuerzas contrapuestas. Requiere interno dúctil y externo duro y resistente.
T
L
Los packings rings y oil wipers rings se deslizan sobre la parte endurecida del vástago, siendo importante la rugosidad del mismo.
Materiales: Aceros con tratamiento términco por inducción
Vástago de Pistón
Training
3.3.16
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CILINDROS Packings EX
T
L
Venteo de Gas Caja porta packing principal
Refrigeración
Los packing son sellos laberínticos. Su función es evitar que la presión del cilindro pueda ingresar en el carter. La caida de presión se produce en pasos a través de un cierto número de rings o anillos, que se encuentran en containers o copas. A mayor presión + copas. Dependiendo del caso pueden ser lubricados o no, refrigerados o no, con o sin venteo, con o sin purga.
Training
3.3.17
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CILINDROS Packings - Ring Sets- Jgos de Anillos
El sistema de sellado se hace combinando varios tipos de anillos. Los anillos son partidos para facilitar su montaje pero fundamentalmente para mantener el sellado a pesar del desgaste (self-adjusting). Los anillos más comunes son:
EX
T
L
Sello en una dirección 2 anillos sellantes -1 anillo antiestrusión corte radial
corte tangencial
(en alta
presión)
Training
Presiónm
3.3.18
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
CILINDRO Packings - Función EX
Sello en un solo sentido
caja portante Resorte Anular
T
L
Presión del Gas Sellos Radial Tangencial
Presión del Gas
PISTON
ROD Training
Presión del Gas Son Flotantes Juego axial y radial
3.3.19
Compensación de desgaste por reducción corte
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CILINDRO
Componentes del Juego de Anillos Resortes anulares (garter springs)
anillos de PTFE
EX
T
Anillos de Bronce L
Training
Dependiendo del gas y las condiciones operativas se elige el tipo de material: metálicos (bronce, fundición, babbit) o no metálicos, PTFE con distintas cargas, PPS, Peek, combinados, etc. Para alta presiones y dependiendo si son o no lubricados, muchas veces
3.3.20
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CILINDROS Pieza Distanciadora
Dos Cámaras dentro de la Pieza Distanciadora
EX
T
L
Rasca Aceite
1
2
Caja Portapacking principal
Vástago Deflector
Caja Portapacking Intermedia
En compresores libre de aceite, es imprescindible evitar que el lubricante suba al cilindro. La pieza distanciadora y sus componentes lo evitan. En caso de gases venenosos o excesivamente caros, se suele inyectar una corriente de gas inerte para garantizar la hermeticidad entre el packing principal y el packing intermedio. Entre la caja intermedia y la rasca aceite es común encontrar deflectores.
Training
3.3.21
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LUBRICACIÓN Circuitos de lubricación para la transmisión y cilindro La lubricación hace posible movimientos relativos de diferentes partes del compresor que se rozan o tocan a través de la formación de una película lubricante. Un beneficio adicional es que ayuda a disipar calor.
EX
T
L
Enfriador Filtro Lubricación a la transmisión Lubricac. al Cilindro Bomba principal y Auxiliar para Transmisión Bomba de alta Presión para liners y cajas portapacking
Training
3.4.1
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
LUBRICACIÓN Lubricación a la Transmisión EX
T
Lubrica a
• •
Cojinetes de cigueñal Cojinetes de biela y de Cruceta • Guía de Crucetas • Equipos Auxiliares
L
Alimentados por
• •
Bomba a engranaje Bombas acopladas al Cigueñal • Presión: 2 - 6 bar
Training
3.4.2
Aceites para Transmisión:
• Normalmente se prefiere usar aceites de acuerdo a DIN 51501
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
LUBRICACIÓN Lubricación de Liners y Packings EX
La lubricación es transmitida a los packing y al liner. Muchos tipos de aceites son utilizados. Por lo genereal se tratan de usar aceites que puedan lubricar indistintamente a la transmisión y al cilindro. La selección depende de: • Del tipo de gas y su capacidad de disolver el aceite • Los máximos valores de presión y temperatura de trabajo • Del diseño del compresor
Alimentado por: Bombas de alta presión comandadas a pistón
T
L
Training
3.4.3
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
LUBRICACIÓN Lubricación a Liners y Packings Es muy importante asegurar la lubricación permanente de las piezas La excesiva lubricación produce depósitos de aceite en válvulas y cilindros que se contaminan con los gases que contienen oxígeno, formando coke. • Las válvulas de escape se obstruyen y desgastan. • Los platos de la válvula de succión se pegan a los asientos. Por lo tanto abren y cierran a destiempo, más tarde, sufriendo muy altos impactos, que terminan provocando roturas de platos y resortes.
EX
T
L
Aceites más usados para cilindros: Compresor de Aires Aceites de acuerdo a Norma DIN 51506 para compresores que trabajen hasta temperaturas de 220°C. Compresores de Gas Con algunos gases, como el oxígeno y el etileno es muy peligrosa la presencia de aceites y grasas. Existe peligro latente de una explosión – Se usan compresores libres de aciete. O bien una mezcla de agua y glicerina.
Training
3.4.4
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
LUBRICACIÓN Cantidad de Aceite Estimada para Cilindros
2 ]
m n 0 ó 0 t s 1 / i p g l [ e q r o o p c a i f í d c a e z a p s l E p s e e t i d . e f c r A e p e u d s a d l a e d i t d n a C
EX
3
1.6
L
1.4 1.2
2 (Rango)
1 0.8 0.6
1
0.4 0.2 0 0
50
100
150
200
250
300
Presión Diferencial p2 - p1 [bar]
1
Compresor Mini Lubricado para todos los gases: Anillos de PTFE
2
Compresor Lubricado CO 2, H2, CH4, He, Ar, N2, CO, gases puros: Anillos metalicos o de PTFE.
3
T
Lubricación completa para los siguientes gasesNH 3, C2, H4, H6, C3, C
Training
3.4.5
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
LUBRICACIÓN Consumo de Aceite en cilindros Fórmula del cálculo de la cantidad de aceite consumido en cilindros
EX
T
L
2p Q = q . D . (s + L f ) . n . . 60 . 24 100 s L f Q ... Cantidad aceite (grs. cada 24 horas por cilindro) q ... Cantidad de aceite específico (del gráfico) [g/100m² superficie barrida por el pistón] D ... Diámetro del Cilindro [m] s ... Stroke o Carrera [m] n ... rpm Lf ... Longitud del pistón [m] de la parte deslizante, es decir entre extremos de las bandas guías (approx. 0.8 del stroke o carrera) Hoerbiger puede calcular cantidad de gotas minutos para Liners y Packings
Training
3.4.6
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Enfriadores, Filtros, Condensadores y Separadores SISTEMA EX
Enfriadores por agua
Bomba
Secador aire
T
L
Pulmón o Reservorio Pre-Filtro
Postenriador Separador Compresor
Training
Prefiltrado
3.5.1
Separador agua aceite
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
ENFRIADOR Enfriador de gas y cilindros EX
Propósito del enfriamiento • Reducir el consumo energético • Incrementar el volumen de gas a comprimir
T
L
y por ende aumentar el rendimiento • Trabajar debajo de las temperaturas límites del compresor y del aceite Post Enfriador refrigerado por agua
Enfriador Agua, aire, aceite
Disipación de calor: valores referenciales • 80% en los enfriadores • 6% en cilindros y cabeza de cilindros • 10% al medio ambiente, normalmente a través del aceite lubricante
Training
3.5.2
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Separación de Condensado Propósito EX
Separadores extraen el condensado del medio por: • Filtrado • Uso de una fuerza centrífuga
T
L
Cuando la separación es insuficiente El condensado llega a los cilindros forzados por el gas
Resultado - Efecto Martillo El líquido en el gas puede ocasionar daños y destrucción de cilindros, pistones y válvulas.
Daño en válvulas de succión por efecto martillo Rotura de guardas, asientos, internos
Enfriador de aire, separador, válvula de drenaje de condensado
Recomendación Los usuarios deben chequar regularmente todos los sistemas de separación de condensado
Training
3.5.3
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Separación de Condenensado Separador Tangencial - Centrífugo EX
T
salida
L
El gas fluye tangencialmente en el separador Esto causa un efecto de ciclón. A través de la fuerza centrífuga el líquido pesado forma gotas que se depositan en las paredes y caen por gravedad a la válvula de drenado.
entrada
El gas o aire limpio fluye a través del conducto de salidad vertical que pasa por centro. Training
3.5.4
Válvula de drenado
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Separación de Condensado Filtro - Separador EX
entrada
T
L salida
El gas o aire es obligado a fluir a través un elemento o filtro de metal perforado. El condensado es separado dentro del filtro cartucho . Las gotas se dirigen por gravedad al fondo donde son drenadas. El gas o aire tratado se dirige hacia la periferia saliendo por el lateral Training
3.5.5
válvula de drenado
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Separación de Condensados Válvula de Drenaje EX
• Contínuas • Discontínuas
T
L
- manual : válvula de drenaje - automática : flotador controlado
Training
3.5.6
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Control de Capacidad Objetivo: Alcanzar la cantidad de caudal requerido EX
M
p2
T
L
Salida
Controador
Training
3.6.1
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Tipos de Control de Capacidad Control de Capacidad por Pasos EX
T
L
- Conectar y desconectar la compresión, también llamado Regulación On - Off - Conec. y desconectar sist. control capac. On-load / Off-load - Control por pasos - Desconección de cilindros - Uso de pockets, aumento espacio nocivo - Variación de velocidad de motor: - cambio de poleas, tiristores Training
3.6.2
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Tipos de Control de Capacidad Control por pasos EX
T
L
– Regulación de la velocidad del motor
Motor Eléctrico
: Variador electrónico de velocidad
Motores combustión interna: Control de la entrada de combustible – Regulación By-pass
: Derivación de gas a la succión
– Regulación espacio nocivo
: Con válvulas ajustables por paso
– Sistemas que actúan sobre la apertura de las válvulas de succión
Regulación de Flujo Inverso : Mantienen las válvulas abiertas con presión en contra del gas de retorno proveniente de la cámara de succión. HydroCom
: Abren y cierran la válv. de succión a través de comandos electrónicos e hidráulicos
Training
3.6.3
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Tipos de Control de Capacidad Sistemas de Regulación d a d i t n a C
•
Regulación por pasos
Los distintos efectos de un cilindro son conetados o desconectados a través de descargadores en válvulas de succión y de la regulación de los pockets (esp. nocivo) Presión de descarga – Problemas de aumento de temperatura, desbalance del compresor de fuerzas y problemas secuenciales.
•
EX
T
L
Regulación por By-pass. El gas del escape es vuelto a reinyectarse al lado de la succión por una válvula de bypass de paso progresivo o contínuo – No presenta ahorro energético
• M
Regulación a través de la velocidad del motor Puede ser fijo a través de cambio de polea o contínuo mediante controladores electrónicos – Alto costo, difícil implementación, poco rango.
Training
3.6.4
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Tipos de Control de Capacidad Sistemas de regulación
•
CLEARANCE POCKETS: Espacio Nocivo tipos fijos o adjustables: Mediante un pistón adjustable en cabeza de cilindro – Problemas de espacio, un solo efecto. Requiere de alta potencia de comando. – Automatización es muy cara Empujador del pocket: abierto o cerrado, por estar del lado cabeza hay contrapresiones muy altas. – Requiere de alta potencia de comando. Actúa sobre un solo efecto. – Muy caros. Empujador sobre válvula de succión: cuando abre llena un volumen estipulado
• Desventajas adicionales 1 clearance pocket por cilindro es muy caro y complicado. El rango de capacidad que puedo regular es muy limitado. Hay que necesariamente com-
EX
T
L
Training
3.6.5
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Sistemas de Control de Capacidad Regulation Systems • Stepless Reverse Flow Regulation (SRF) El actuador genera una fuerza sobre el plato de cierre de la válvula de succión, contraponiéndose a la fuerza de la presión del gas y eligiendo el momento de la apertura. – Rango de control de capacidad de 100% a 40%, en la gran mayoría de los gases – Rango de control de capacidad < 40% es posible combinando con otros sistemas de regulación – Control de capacidad cayendo a 0% solo posible con combinación con By-pass.
• HydroCOM Mediante un sistema combinado electrónico e hidráulico el comando elige el momento de disparo, con gran velocidad de respuesta. – Rango de control de capacidad de 0% a100%.
EX
T
L
Training
3.6.6
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Componentes de Regulación en el Compresor Sistemas de Regulación típicos de Hoerbiger La apertura y cierre de la válvula de succión es regulada Una señal neumática o electrónica externa comanda el actuador, que genera la fuerza que actúa sobre la válv. de succión
EX
T
L
Actuador Neumático Descargador Válvula de Succión Training
3.6.7
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Componentes de Regulación del Compresor Válvula de Succión Regulada Válvula de Succión con Abreválvulas o Descargador Para regulación Permanente (On-Off) o Modulada (RFR & HydroCOM)
EX
T
L
Training
3.6.8
Tipo de válvula : 143 CGD Tipo de Descargador DS6 - Descargador de acero
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Componentes de Regulación del Compresor Válvula de Succión Regulada Válvula de Succión : tipo CGD con doble plato amortiguador Abreválvulas o Descargador : tipo Modular con patas plásticas Cubierta de Descargador Tornillo Central Tuerca autoblocante El descargador esta formado por: Buje del descargador Disco muelle Soporte abreválvulas Patas del abreválvulas Asiento Plato de cierre Amortiguador Guarda o Tapa
EX
T
L
Circlip Arandela Buje Buje Guía Resorte Descargador Anillo Guía
Training
3.6.9
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Componentes de Regulación en el Compresor Actuador a Diafragma para Regulación On-Load/Off-Load Diafragama “On-off” para dos puntos de Regulación Para aire y gases no peligrosos, sin venteo intermedio
EX
T
L
Conección para señal desde el regulador
Diafragma Housing Resorte Gasket
Pérdida
Guia O-ring Eje actuador
Valve cover Cámara de succión Gas
Descargad.
Training
3.6.10
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Componentes de Regulación para el Compresor Actuador a Diafragma para Regulación On-Load/Off-Load Diafragma “On-off” para 2 puntos de Regulación No actuado posición on-load
Tapa Válvula
Cuando actúa la señal del Regulador posición off-load
EX
T
L
Training
Tapa Válvula
3.6.11
Cámara de Succión Descargad.
Cámara de Succión Descargad.
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Componentes de Regulación del Compresor Actuador a Diafragma MZ 200 Regulación On-Off EX
Señal actuante desde el regulador
L
Diafragma Monitoreo del diafragma Monitoreo de Purga intermedia
T
Resorte de Retorno Purga Intermedia con gas inerte
Fuelle Metalico absolutamente hermético Training
3.6.12
Montaje con Pernos Tapa de Válvula Empujador Abreválv.
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Equipo Periférico Válvulas de Seguridad ( Relief Valves) Las válvulas de seguridad, abren si la presión en su interior es mayor a la presión de seteo de la misma.
EX
T
L
El disco de cierre está soportado por un resorte. Cuando la presión del gas supera la presión del resorte, el disco sube dejando la válvula libre de pasaje. Tamaño:
Seteado:
Testeo:
La cantidad de flujo que deja pasar debe ser calculada en base a la capacidad del compresor. Normalmente se las setea a un 10% adicional a la presión de trabajo. La presión de trabajo debe estar estampada en la válvula Deben verificarse periódicamente de acuerdo a regulaciones internacionales con presiones patrones.
Training
3.7.1
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Equipo Periférico Válvulas de Seguridad (Relief Valves, tipo“EV”) EX
T
Válvula EV o Antiexplosiva Llamada arresta llamas: • Prevención de mezclas explosivas • En compresores se utilizan para gases peligrosos y se colocan en el carter
L
Demandas de válvula EV 1. Apertura rápida, gran pasaje de área. 2. Rápida actuación para apagar la llama. Training
3.7.2
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Equipo Periférico Válvula de Seguridad (“Válvula EV”) EX
T
L
Normas: • API 618 • ISO 5388: 700cm2 sección de apertura por m3 de volumen • Pneurop Code 5611-2 para compresores de gas de proceso
Training
3.7.3
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Equipo Periférico Botellones Antipulsación (Bottles) Llamados Pulsation dampers (“buffers”), forman parte de la línea de gas. Normalmente son depósitos cilíndricos, con o sin partición interna. Se instalan inmediatamente antes y después de los cilindros para evitar y reducir pulsaciones del gas en las líneas. La amplitud máxima de las pulsaciones de gas, están limitadas por varias Normas (ejemplo API 618, etc.). Con simulación de computadoras se puede estimar las fluctuaciones y calcular y diseñar las medidas y morfología interna de los botellones.
EX
T
L
Damper de Succión
Training
3.7.4
Botellón de baja Presión con partición interna para amortiguar fuertemente las pulsaciones
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Equipo Periférico Válvulas Check • Las válv. check (o de no retorno) se instalan en la línea de presión de salida del compresor. • Previene el retorno de la presión cuando el compresor se detiene o bien cuando esta operando en condición fuera de carga para ahorrar energía. Cuando el compresor está teniendo pulsaciones de gas, estas causan que la válvula tenga cierres y aperturas continuas.
EX L
Training
3.7.5
Las válvulas check a plato son las más aptas para operar después de los compresores reciprocante. Tienen rápida respuesta ante el diferencial de presión y una lar-
T
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Equipo Periférico Base y Fundación Los compresores alternativos deben ser instalados en una fundación estable y sujetados convenientemente para poder soportar las cargas de las vibraciones que genera.
EX
T
L
La fundación debe formar una fuerte estructura para soportar el paquetizado. completo (formado por el compresor, el motor, los equipos auxiliares, y la línea de entrada y salida) La fundac. se calcula dependiendo del tipo de suelo y del tamaño del compresor, seleccionando cantidad y tamaños de hierros y pernos. Training
3.8.1
Base Frame
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Motores Tipos de Motor EX
Motores Eléctricos
desde 0.5 a 7000 KW
Motores a Gasolina y Diesel
Hasta 500 KW. (pequeñas unidades)
Motores a gas
Desde 400 a 2500 KW.
T
L
Motor a gas
Training
3.9.1
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Motores Coeficiente de Variación Cíclica y Masa de Volante EX
Las fluctuaciones en la velocidad de rotación se consiguen a través del volante. El volante soporta un 90-95% del momento de inercia total de las masas rotantes.
Cálculo del Coeficiente de la Variación Cíclica:
=(
max -
min)/
T
L
Cilindro Volante m
Acople
Valores permisibles :
Training
1/75 a 1/100
Cigueñal Motor
3.9.2
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Diseño - Tipos - Operación de Compresores Reciprocantes EX
T
L
Training
4.0
Diseños
Tipos
Operación
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Diseño de Compresores Reciprocantes Contenidos del Capítulo EX
T
L
• • • • •
Clasificación Parámetros Demandas Características Eficiencia
Training
4.1.0
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Diseño de Compresores Reciprocantes Clasificación EX
• Por Rangos de Presión – – – –
7 a 10 bar 10 - 50 bar Desde 50 a 500 bar Más de 500 bar
Baja presión. Aire Industrial Presión Media Alta Presión Hiperbáricos o de Ultra Alta Presión
T
L
• Por Rangos de Caudal – 0.1 a 10 m3/min Pequeños – 10 a 100 m3/min Medianos – Más de 100 m3/min Grandes
• Por Potencia de Motor • De acuerdo a la lubricación – Libre de Aceite – Lubricados – Minilubricados
Desde 0.15 KW hasta 8000 KW
Training
4.1.1
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Diseño de Compresores Reciprocantes Parámetros EX
T
L
Parametros: • Tipo de Gas • Capacidad (condición en succión) medido de acuerdo a ISO 1217 • Número de etapas • Presión de succión y descarga de cada una de las etapas • Consumo de Potencia • Velocidad de Rotación • Cilindro Lubricado o no • Enfriador • Regulaciones específicas (ej.API 618, especificaciones del cliente...)
Training
4.1.2
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Diseño de Compresores Reciprocantes Demandas EX
Ventas / Proyecto de Ingeniería
• • • •
T
L
buen precio / cumplir especifi e specificaciones caciones Alta eficiencia Alta confiabilidad Larga vida
Demandas en Diseño:
•
• • • •
Baja fuerza inercial y bajo coeficiente de variación cíclica Cumplir con fuerzas recomendadas sobre vástago Baja pérdida de presión en válvulas, interenfriadores, separadores, etc Sellado sencillo en vástagos y pistones Baja fricción de las partes en movimiento
Training
4.1.3
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Diseño de Compresores Reciprocantes Características EX
Cilindros
• • • •
Número de cilindros Diámetro Lubricación Enfriamiento
Motor
T
L
Transmisión
• • • •
Carrera Números de Muñones Disposición de Cilindros Lubricación Training
Enfriamiento
• •
Intercoolers Aftercoolers
4.1.4
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Diseño de Compresores Reciprocantes Eficiencia EX
Eficiencia Mecánica
Pi / Pe Toma en consideración las pérdidas de fricción en el cigueñal m= 85 a 95 % dependiendo del tipo y del tamaño
T
m=
L
Pi Potencia Indicada en el cilindro, transmitida desde el pistón al medio ambiente Pe Potencia efectiva Desde al motor a la cupla del compresor
Eficiencia Isotérmica Indicada
is ind =
Pis / Pi Considera calor, caudal y pérdidas en el medio ambiente
Pis Potencia Isotermica = rendimiento ideal El calor generado se disipa a través del enfriador o cooler
Eficiencia isotérmica Efectiva
Training
4.1.5 is eff =
Pis / Pe
Incluye todas las pérdidas mencionadas is eff = m x is ind = 40% para compresores de aire, 70% para máquinas grandes
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Tipos de Compresores Reciprocantes Contenidos del Capítulo EX
T
L
Compresor de Aire Compair
Training
4.2.0
Compressor Package, Pignone for British Petroleum
• •
Compresores de Aires Compresores de Gas
•
Compresores de Refrigeración
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Compresores de Aires Tipos de Compresores de Aire EX
Baja Presión
D [mm]
(1ra Etapa) n [rpm] pe[bar]
2 etapas >2 etapas Cilindro
Peq.
Med.
<120
< 300
<1750 <1750 <8
<8
<25
<25
Alta Presión Gdes. Med
>300 >1000
<150 <750
Gdes. <150 <750
<12 < 25
Lubricados o libres de aceite
Aplicaciones Especiales
60 120 500 4000
<160
>120
>2000 <1750
<12
<400
Lubricados o libres de aceite
L
Comp. de Frenos Comp. Camion Tren Arranque
<16 <400
T
<35
Lubricados
Training
4.2.1
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Compresores de Aire Ejemplo: Compresor de Aire Pequeño EX
Intercooler
Válvula de Seguridad
T
L
Válvula Concéntrica Filtro de Aire
Válvula concéntrica
1ra Etapa
2da Etapa Training
Aftercooler
Ejemplo: Compresor pequeño de dos etapas
4.2.2
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Compresor de Aires Ejemplo: Compresor de Aire Pequeño EX
T
L
Training
4.2.3
Compresor de Alta Presión Compair-Ipswich (Inglaterra)
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Compresores de Aire Ejemplo: Compresor de aire de Tamaño Medio EX
T
L
Training
4.2.4
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Compresores de Aire Ejemplo: Compresor de Aire Grande EX
T
L
Training
4.2.5
Bellis & Morcom Ltd. (Inglaterra)
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Compresores de Gas Distintos tipos EX
Dimensión
Compresor Compresor Compresor de Llenado de gas (proceso) de Reciclo (Estación)
D [mm] (1ra Etapa)
<200
<1200
<250
<1750
<1000
<750
P [bar]
<250
<400
<400
Lubricado
L
p2/p1<1.5
n [rpm]
Cilindro
Lubricado o Libre de Aceite
Training
4.2.6
Otros tipos de compresores reciprocantes, por ejemplo:
T
Compresor a diafragma (libre de aceite) D = >700mm, n <500 rpm, P <400 bar
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Compresores de Gas Ejemplo: Compresor de Gas Paquetizado EX
T
L
Training
4.2.7
LMF (Austria), paquteizado para SHELL
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Compresores de Gas Ejemplo: Compresor de Oxígeno EX
T
L
Training
4.2.8
Compresor Vertical de Oxígeno Linde (Alemania)
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Compresor de Gas Ejemplo: Compresor con Pistón Laberíntico EX
T
L
Training
Compresor Laberíntico para gases limpios Sulzer-Burckhardt (Suiza)
4.2.9
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Compresor de Gas Ejemplo: Compresor de Gas de Proceso EX
T
L
Training
4.2.10
Compresor Integral (motor y compresión sobre el mismo
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Compresor de Gas Ejemplo: Compresor de Gas de Proceso EX
T
L
Training
4.2.11
Compresor combinado Hidrógeno y Gas Sulfídrico: Thomassen (Holanda)
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Compresores de Gas Fabricantes de Compresores de Gas de Proceso País Bélgica Alemania Inglaterra
Francia
Holanda Italia Suiza USA
Fabricantes de Compresores Ateliers Francois NEA-Europa Hamworthy -Bellis/Allen Peter Brotherhood Dresser Rand Burton-Corblin Thermodyn (formado de Creuzot Loire) Thome - Crepelle Thomassen Nuovo Pignone Sulzer-Burckhardt Ariel
Partes Hoerb 60% 90% 90% 100% 20% 80% 90% 90% 80% 30% 20 %
EX
T
L
Training
100% 4.2.12
Cooper Energy Services (Cooper Bessemer, Ajax, White Superior, Penn Pumps)
80%
Dresser Rand
20%
Weatherford Compress. (Energy Ind. Gemini)
80%
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Compresores de Refrigeración Distintos Tipos EX
T
L
Dimensión D [mm] (1st stage)
Pequeños <80
Grandes 80 - 200
n [rpm]
<1750
<1750
P [bar]
<22
<22
Cilindro Diseño más Frecuente
Lubricado Herméticamente Sellado
Lubricado Herméticos, Semihermétocos
Training
4.2.13
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Compresores de Refrigeración Proceso de Reciclo EX
Ciclo de refrigeración: Vaporización - Compresión - Condensación- Recipiente - Válvula Regulación Presión de Succión P1 Motor
T
L
P2 Presión de Descarga Compresor
Absorción de Calor en el vaporizador
Enfriamiento en el condensador Extracción de calor p
Válvula de Regulación1 (válv. Expansión) p2 Gases típicos para refrigeración Otros para proceso:
Recipiente
Training
4.2.14
NH3, R22, R134A, R407C n-butano, ether, propano, propileno.
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Compresores de Refrigeración Compresores Herméticos Motor y compresor están dentro de un recipiente soldado y hermeticamente sellado.
EX
Danfoss Maneurop
T
L
Training
4.2.15
Diámetro Diámetro de Cilindro: más de 40 mm Aplicación: heladeras, freezers. freezers.
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Compresores de Refrigeración Ejemplos de Compresores Herméticos EX
T
L
Blue Star Aggregats Danfoss Maneurop
Training
Cámaras y Góndolas Frigoríficas Refrigerante R134a, R22 A
Tamaño 0,8 to 46 kW
4.2.16
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Compresores de Refrigeración Compresores Semiherméticos Motor montado junto al compresor en una sola unidad Diámetros de cilindros de 30 a 80 mm
Compresores refrigerados por Aire
Refrigerados por Gas
Usados en temperaturas normales y bajas
Usados para muy bajas temperaturas
Góndolas frigoríficas en supermercados
T
L
gas cooled
air cooled
Ejemplo
EX
Training
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Compresores de Refrigeración Compresores Semiherméticos Refrigerados por Aire Bock (Alemania)
EX
T
L
Training
Díametro de cilindro de 30 a 80 mm. Temperatura del evaporador: -35°C to -20°C. Enfriamiento exterior por ventilador y aire conducido, que enfrían el motor y los cilindros. El gas a la succión no está siendo sobrecalentado, por lo tanto es posible una sola etapa
4.2.18
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Compresores de Refrigeración Compresores Semiherméticos Refrigerados a Gas Bock (Alemania)
EX
T
L
Training
4.2.19
Diámetro de cilindro de 30 a 80 mm. Temperatura de Evaporador -20°C a -5°C (refrigeradores) o -5°C a 12°C (aire acondicionado). El gas desde el evaporador es llevado al compresor a través del motor, refrigerando
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Compresores de Refrigeración Compresores Abiertos - Tamaño Pequeño El motor está separado del compresor, haciendo girar al mismo a través del acople electro magnético o de la correa.
EX
T
L
Bock (Alemania)
Training
4.2.20
Diámetro de cilindro: 50 a 80 mm Aplicación: Aire acondicionado de buses y camiones
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Compresores de Refrigeración Compresores Abiertos - Tamaño Grande Compresor separado del motor y acoplado electromagnéticamente o a través de correas
EX
T
L
Training
4.2.21
Diámetro de Cilindro: 90 a 160 mm Aplicación: Sistemas de Aire Acondicionado
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Compresores de Refrigeración Compresores Abiertos - Grandes Unidades de Refrig. Tamaños medios y grandes de refrigeración frecuentemente llevan varios compresores: – Confiabilidad si uno de los compresores se descompone. – Control de capacidad para regular distintas temperaturas
EX
T
L
Training
4.2.22
Unidad de Refrigeración:
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Operación de Compresores Reciprocantes Contenidos del Capítulo EX
T
L
Confiabilidad Training
Monitoreo
4.3.0
Mantenimiento Predictivo
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Operación de Compresores Reciprocantes Confiabilidad EX
Causas de paradas de compresores Resultados de un estudio de confiabilidad sobre un compresor de Hidrógeno Porcentajes [%]
0
Válvulas de Compresor Packing de gas Problemas de Proceso Anillos Pistón Bandas Guías Descargadores Sistema Lubric. Instrumentación Otros Cañería Base Fundación Sistema de Enfriam Packing Intermedios
10
20
30
40
T
L
Training
4.3.1
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Operación de Compresores Reciprocantes Monitoreo Monitoreo de Plantas
• •
Debe prevenir al personal de posibles accidentes Prevenir reparaciones costosas y caída de producción.
EX
T
L
Equipo de Monitoreo Tradicional: On line con presiones, temperatuas, mediciones en discos gráficos
Condición: Hay un monitoreo contínuo de parámetros importantes. También tienen la posibilidad que en el caso que una señal difiera en cierto valor con las referenciales, se dispare una alarma que puede parar al compresor si así se lo programa.
Parámetros
• • • • •
Temperatura de cilindros de descarga, en el agua de enfriamiento y aceite Presión: Presión de salida, interetapa, presión de aceite Vibraciones Caudal de refrigerantes, caudal del gas de línea. Caída de pistón causada por desgaste en los piston rings. • “ppm”-sensor por contaminación de gases, NH 3, CO, H2S, CH4......
Training
4.3.2
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Operación de Compresores Reciprocantes Métodos de Control Periódicos EX
Controlar a intervalos regulares:
• •
para prevenir daños detectando el problema temprano
T
L
para idenficar el desgaste.
Analizar la Condición Mecánica:
• Observación • Archivar datos • Evaluación de las características y parámetros. Los datos se toman en :
• • •
Indicador de presión en determinados puntos y en la línea Señales de vibraciones y ultrasonidos en tapas de válvulas Temperaturas en cilindros, interetapas y tapas de válvulas
Lecturas de instrumentos en el compresor son también tomadas en cuenta
Training
4.3.3
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Operación de Compresores Reciprocantes Mantenimiento Predictivo - Beta Recip Trap EX
T
70 0
B A R
L 0 2. 0
G -2.0 70 0
B A R
0 2. 0
G -2.0
RECIP-TRAP 9240
ESC TRAP
K101A 1H PT5 GROUP
623 AVE
POINT
33 DEV
START
672 MAX
SCALE
587 M IN ZOOM
331 RPM POWER
10 PRDS
20 STAT
M E N U TRAP
Beta Recip Trap
Training
4.3.4
Control Periódico de las condiciones del compresor (Snapshots) Analisis de las condiciones mecánicas del compresor, con la ayuda de instrumentos de medición y evaluación por computadora
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Operación de Compresores Reciprocantes Mantenimiento Predictivo - Hardware El Recip-Trap es un analizador compacto, portátil y simple de operar en conjunción con sensores calibrados. Las siguientes mediciones pueden efectuarse:
EX
T
L
700
B A R
Presión
0 2.0
G -2.0 700
B A R
Vibración
0 2.0
G -2.0
RECIP-TRAP 9240
ESC
K101A 1H PT5
623 AVE
TRAP GROUP POINT
33 672 587 331 10 20 DEV MAX MIN RPM PRDS STAT
START SCALE
ZOOM
POWER
Ultrasonido
MENU TRAP
Temperatura Training Option
PC con Software RTwin
Caída de Vástago
4.3.5
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Operación de Comnpresores Reciprocantes Mantenimiento Predictivo - Cálculos y Análisis Parametros que pueden ser calculados:
• • • • •
Relación de compresión Caudal Consumisión de Potencia Pérdida de Potencia Eficiencia Volumétrica
EX
T
L
Detección de Anomalías:
• • • •
Pérdidas en válvulas, piston rings y packing rings Pulsaciones de gas en las cámaras de succión y descarga Defectos o mal estado de guías de crucetas Desgaste excesivo en los cojinetes de cruceta, etc.
Beneficios para el usuario:
• • • • • •
Prevenir fallas castastróficas Reducir el tiempo de parada de equipos Poder planear mantenimiento y reemplazo de piezas Reducir reparaciones de emergencia y costos por horas extras Prevenir y detectar problemas de pulsaciones La eficiencia puede ser aumentada
Training
4.3.6
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Operación de Compresores Reciprocantes Mantenimiento Predictivo Diagrama PT:
EX
Si comparamos las curvas PT con las vibraciones medidas en las tapas de las válvulas
T
L
MONITOREO: Diagramas PT Input Data:
Vibraciones en válvulas
Isentropic coefficient
1,2 KS-DV
Clearance volume [%]
20
Suction pressure abs. [bar]
KS-SV
10
DS-DV
Delivery pressure abs. [bar] 30
DS-SV
Suction Valve: q-value [%] Flow ref. no. Delivery valve: q-value [%] Flow ref. no. Problems: Suction valve leaking Delivery valve leaking Piston rings leaking Packing leaking
Presiones en tiempo 20 0,5
10 1
0 0 0 0
35,00
p-DS
p-KS
30,00 ] r a b [ . s b a e r u s s e r P
25,00
Training
20,00 15,00
4.3.7
10,00 5,00 0,00 0
30
60
90
120
150
180
210
Crank angle [°]
240
270
300
330
360
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
Operación de Compresores Reciprocantes Mantenimiento Predictivo - Análisis de Curvas PV Si comparamos los diagramas de dos cilindros iguales el diagrama PV, vemos como una pérdida en la válvula de succión del cilindro 2,produce un corrimiento de curva (mostrado en color rojo). He ade nd Cyl 1 Cranke nd Cyl 1
35
EX
T
L
He ade nd Cyl 2 Cranke nd Cyl 2
30 25 ] a r a b [ n ó i s e r P
20 15 10
Training
5
4.3.8
0 0,0
0,2
0,4
0,6
Volumen desplazado
0,8
1,0
9 9 9 1 r e b o t c O y g o l o n h c e T n o i s s e r p m o C R E G I B R E O H r e t n e C g n i n i a r T L D N I K . G : t h g i r y p
