Modulo 4 - Compresion de Gas Rec

7/29/2019 Modulo 4 - Compresion de Gas Rec

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BIENVENIDOS



MODULO: PLANTAS DECOMPRESION DE GAS

Facilitador: Ing. Felipe Mendoza



Contenido del modulo:

1.- Fundamentos termodinámicos de la compresión del gas.2.- Tipos de compresores.3.- Unidades de fuerza motriz.4.- Diseño de sistemas de compresión de gas.

5.- Configuración de una planta de compresión de gas



1.- Fundamentos Termodinámicos dela Compresión del Gas Natural.



INTRODUCCION.

La compresión se refiere al aumento de energía que se logra en un

fluido gaseoso por medio de un trabajo que se efectúa sobre él. Losfluidos que más comúnmente se comprimen son: el aire, gas natural,

componentes separados del gas natural y gases comerciales con

propósitos industriales.

El gas natural se somete a un proceso de compresión para elevar sunivel energético, lo cual se logra con unos equipos denominados

compresores. El compresor somete el gas a un trabajo de tal manera

que se incrementa la energía total del mismo, este incremento se

manifiesta por aumentos de la presión y la temperatura del gas.

Diseño de Plantas de Compresión de Gas



JUSTIFICACIÓN DEL PROCESO DE COMPRESIÓN

La compresión del gas se realiza en diferentes situaciones, tales como:

a.- En las plantas de reinyección de gas natural a los yacimientosb.- En la captación del gas natural a baja presión para aspirarlo de las

redes conectadas a los cabezales de los pozos.

c.- En el transporte con el objetivo de conducir el gas producido a través

de gasoductos o redes de distribución.

d.- En el almacenaje, cuando el mismo se efectúa a alta presión y no se

cuenta con presión disponible de alguna de las etapas precedentesmencionadas.

e.- En la utilización, en caso de tratarse de un consumo industrial cuyo

artefacto requiera una presión mayor que la de distribución.

f .- Cuando se requiere comprimir el gas en casos especiales tales como

en plantas de tratamiento y procesamiento, almacenaje subterráneo,

procesos de licuefaccion, consumo industrial no petroquímico odoméstico en forma de materia prima y/ o combustible, etc.




REVISIÓN DE CONCEPTOS FUNDAMENTALES

El proceso de compresión del gas, responde a las leyes generales de

compresión y expansión de los gases, fundamentalmente

establecidas por Boyle y Mariotte y Guy Lussac.

LEY DE BOYLE Y MARIOTTE

A temperatura constante (isotérmica), la presión absoluta de un gas

ideal, es inversamente proporcional al volumen

constanteV p

V pV p 2211




LEY DE CHARLES-GAY LUSSAC.

A volumen constante (isocórica), las presiones son directamente

proporcionales a las variaciones de las temperaturas absolutas

2

1

2

1

T

T

p

p

A presión constante (isobárica), el volumen de un gas ideal, es

directamente proporcional a la temperatura

2

1

2

1

T

T

V

V

P1

P2

VCONSTANTE

REVISIÓN DE CONCEPTOS FUNDAMENTALES




CALOR ESPECÍFICO DEL GAS

Se debe recordar que el calor específico del gas varía con la

temperatura y con la presión a que está sometido.

Representa la cantidad de calor que es necesario para que un kg de

gas eleve su temperatura en 1°C, manteniendo constante su volumen e

incrementando su presión.

Representa la cantidad de calor que es necesario para que un kg de

dicho gas eleve su temperatura en 1 ºC manteniendo constante su

presión e incrementando su volumen.

Calor específico a presión constante cp


Calor específico a volumen constante cv



CALOR ESPECÍFICO DEL GAS

En los gases, el valor de "cv" esmenor que el de "cp" y, por ejemplo, para el aire vale:

C kg kcal c

C kg kcal c

p

v

º/237,0

º/169,0




1° Ley: En toda transformación de calor a trabajo que sucede en unamasa de gas, la cantidad de calor entregado al gas es igual al trabajorealizado por el mismo, más la variación de su energía interna.

UWQ

LEYES DE LA TERMODINÁMICA

Ecuación de estado de los gases

PV = n RT PV = Z n RTGas Ideal Gas Real

2° Ley: El cambio en la entropía S de un gas es siempre mayor o

igual que la transferencia de calor Q producida dividido por la

temperatura de equilibrio T del sistema.




REPRESENTACION GRAFICA DE LA ECUACIÓN DE ESTADOPARA UN GAS IDEAL

PV = n RT




TRANSFORMACIONES TERMODINÁMICAS DE UN SISTEMA




TRANSFORMACIONES TERMODINÁMICAS

Una compresión a temperatura constante se denomina isotérmica y

cumple con la ley de Boyle y Mariotte, siendo su representación una

hipérbola equilátera.

CV p




TRANSFORMACIONES TERMODINÁMICAS

Cuando la compresión es adiabática, el sistema no transfiere calor al

exterior y su representación está dada por una hipérbola que no es

equilátera.

CV p k donde el exponente adiabático k, esla relación entre los calores

específicos a presión constante y a

volumen constante.

Cuando la compresión es politrópica, implica que existe transferencia

de calor desde el medio al exterior, o a la inversa, y que el incrementoo reducción de temperatura es proporcional a la cantidad de calor añadida o disipada. La curva difiere de las otras dos y la expresiónasume la forma

CV pn

donde n es el exponente politrópíco

cuyos valores, en la práctica, están

entre 1,2 y 1,3 y que, por lo general,

son menores que "k".




REPRESENTACIÓN TERMODINÁMICA DEL PROCESO DECOMPRESIÓN DEL GAS NATURAL

El proceso de compresión del gas natural se puede representar a través

de un ciclo termodinámico. Para ello, una cantidad determinada del

gas es admitida al inicio del proceso por lo cual se encuentra en unnivel inferior de presión (1).Luego se comprime el gas (2) y

posteriormente, se descarga o expulsa a los niveles de presión

superiores requeridos (3) para luego sufrir un proceso de expansión

(4). Este ciclo se repite de manera continua dependiendo de la

aplicación que se vaya a dar los compresores.




ANIMACION: REPRESENTACIÓN TERMODINÁMICAIDEAL DEL PROCESO DE COMPRESIÓN DEL GASNATURAL

Proceso de Compresion.exe




FUNDAMENTO TERMODINÁMICO DE LA COMPRESIÓNISOTÉRMICAEste proceso ocurre a temperatura constante, lo cual es posible

eliminando calor en el paso del gas de un estado a otro. Es un

proceso ideal, donde el cambio de volumen es inversamente

proporcional al valor de presión.




FUNDAMENTO TERMODINÁMICO DE LA COMPRESIÓNISENTRÓPICA (ADIABÁTICA Y REVERSIBLE)

Se logra mediante un aislamiento térmico total del cilindro compresor,

por lo tanto, el calor generado por la compresión es absorbido por el

gas, lo cual hace que las temperaturas de descargas sean altas. No

existe ni adición ni extracción de calor durante este proceso.




FUNDAMENTO TERMODINÁMICO DE LA COMPRESIÓNPOLITRÓPICA.En la realidad, el proceso de compresión ocurre mediante un proceso

politrópico, el cual es un proceso real e irreversible, ya que en este

proceso tiene o se cumplen irreversibilidades como la fricción y la

pérdida de calor.






ELEMENTOS QUE CONFORMAN DEL PROCESO DECOMPRESIÓN DEL GAS NATURAL

DEPURADOR

DEPURADOR




PARAMETROS BASICOS DE UN PROCESO DECOMPRESION DE GAS

Una etapa de compresión esta compuesto por uno o más elementosbásicos que realizan el proceso de compresión. Si el proceso de

compresión involucra una sola etapa, se obtiene la relación decompresión total Rt, que no es otra cosa que la relación entre la

presión de descarga Pout y succión Pin.

En realidad en la mayoría de los problemas de compresión de gas, es

que están involucradas condiciones, que representan mucho más de

una sola etapa de compresión.

R t = ----------Pin

Pout

RELACION Y ETAPAS DE COMPRESION DE UN GAS




El proceso de compresión genera incremento de la temperatura del

gas; debido a esto, la presión máxima que puede alcanzarse en una

etapa compresión está limitada por la temperatura de descargamáxima permisible; ésta temperatura debe mantenerse en un rango

entre 275 – 300 ºF.

Por lo tanto, el número de etapas de compresión debe ser la

cantidad de etapas que garanticen temperaturas de descarga en el

rango indicado, en cada una de las etapas de compresión delcompresor. Para ello se hace una primera aproximación con la

siguiente ecuación y luego se va variando el número de etapas “n”

hasta obtener una relación de compresión adecuada.


R e = R t l /n








Una relación de compresión demasiado elevada causa una excesiva

temperatura de descarga y otros problemas de diseño, uno de losprincipales problemas, en este caso es el calentamiento del cilindro

compresor. Por lo tanto, puede ser necesario combinar elementos

para formar etapas de compresion conectadas en serie y formar

una unidad o sistema de compresión de etapas múltiples.

Cada etapa en sí misma es un compresor básico individual y esta

dimensionado para operar con uno o más compresores básicos

adicionales colocados en serie, y aun cuando todos puedan operar a

partir de una sola fuente de poder, cada uno sigue siendo un

compresor separado




COMPRESION EN ETAPAS MULTIPLES

p1 = r e .ps p2 = r e .p1 pd = r e .p2




ENFRIAMIENTO EN ETAPAS MULTIPLES

El gas se enfría con frecuencia entre las etapas para reducir tanto la

temperatura como el volumen que ingresa a la siguiente etapa. Los

métodos utilizados para el enfriamiento interetapas puede ser mediante

el uso de ventiladores o por medio de sistema de circulación de agua ode aceite.




av

λ-1 /λ

22,s 1 IS IS

1

z λ-1 /λ

22,s 1

1

PT =T 1+ -1 /η η : isentro

P

PT =T P

1/λ P2 P2 λ

1 1

P1 P1

sh

sh,s

λ 1 /λ

i Pi2 P2,s 1

1 V i P

,s sh

i

P υ υdP dP

P

w (per unit mass) w (per unit m

λ w (per unit mol)

y CP CT T with λ= =

P C

ass)/

C -

M

y R

W

Para procesos isotérmicos T1 = T2

Para procesos isentropicos

Para procesos politropicos Las mismas formulas para el procesoisentropico cambiando λ por n

Gas ideal

Gas real

DETERMINACION DE LA TEMPERATURA DE DESCARGA


Nota: λ=k ; k exponente adiabático

n exponente politrópíco



POTENCIA Y EFICIENCIA MECANICA DE LA COMPRESION

POTENCIA DEL COMPRESOR


W

W

Fuerza Motriz (Prime Mover o Driver)

Compresor

Ps, Ts Pd, Td

BHP



Para procesos isentropicos

POTENCIA – GAS IDEAL

Para procesos isotérmicos:P2 P2

2sh,T

1P1 P1

2s

sh,T sh,T

sh,T shh,T

1

,T

moleW = w ×n ti

RT Pw (per unit mol)=- υdP=- dP=-RTln

P P

Pw (per unit mass)=-RTln /MW

P

me

W = w


1/λ P2 P2 λ

1 1

P1 P1

sh

λ 1 /λ

1 2sh,s

1

λ 1 /λ

i Pi2 P2,s 1

1 V i P

,s sh

i

P υ υdP dP

P

w (per unit mass) w (per unit m

λRT Pw (per unit mol) 1

λ 1 P

y CP CT T with λ= =

P C

ass)/

C -

M

y R

W

POTENCIA – GAS REAL

λ 1 /λ

1 2

s

1 2sh,s

1

h,s sh,s

λRT Pw (per unit mol) 1

2 λ 1 P

w (per unit mass) w (per unit mass)/MW

Z Z




n 1 /n

22,p 1

1

n 1 /n1/nP2 P2 n

1 1 1 2sh,p

1P1 P1

sh,p sh,p

PT T

P

P υ nRT Pw (per unit mol) υdP dP 1P

This is the def

n 1 P

w (per unit mass) w (per unit mass)

inition of the polytropic exponent n

sh,p sh,s

sh,p

P

sh,s

1 2sh,p av

1

/MW

Dividing w by w and ignoring the pressure ratio yields:

w λ-1 /λ η Polytropic Efficiency = =

w n(Relation between λ and n)

For Polytropic Real G

-1 /n

nRT Pw (per unit mol)=Z 1

-1

a

n

s:

P

avn 1 /n z

22,p 1

1

and PT =TP

EFICIENCIA MECANICA

Para procesos politropicos : POTENCIA - Gas Ideal


Para procesos politropicos: POTENCIA – GAS REAL




sh sh sh sh

IS

mole mass

W = w ×n OR W = w × mtime time

: Power delivered by the prime mover (PM)

= Compressor Power/Mechanical Effi

Break power

Ideal Isentropic Efficici

cie

e

ncy

Isentropic work ny η

requ=

sh,s

sh,a

ired (w )

Actual work required (w )

d

s

T

sh d s P

T

w =ΔH=H -H = C dT d: discharge; s: suction

BHP

°

BHP

sh sh sh sh

IS

mole mass

W = w ×n OR W = w × mtime time

: Power delivered by the prime mover (PM)

= Compressor Power/Mechanical Effi

Break power

Ideal Isentropic Efficici

cie

e

ncy

Isentropic work

ny η

requ

=

sh,s

sh,a

ired (w )

Actual work required (w )

d

s

T

sh d s P

T

w =ΔH=H -H = C dT d: discharge; s: suction

POTENCIA Y EFICIENCIA MECANICA

BHP

°

BHP


POTENCIA DEL DRIVER (BHP) Y EFICIENCIA MECANICA

(ηm= 0.85 a 0.95).



EJERCICIOPRACTICO # 2- DESCRIBIR LOS COMPONENTES BASICOS DE UNA

ETAPA DE COMPRESION DE GAS Y LOS PARAMETROSBASICOS QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DECOMPRESION DE GAS.




2.- TIPOS DE COMPRESORES



COMPRESORES

Los compresores son máquinas que disminuyen el volumen de unadeterminada cantidad de gas aumentando su presión, todo esto ocurre a

través de procedimientos mecánicos. En general se puede asegurar que

los compresores son maquinas de flujo continuo en donde se transforma

la energía mecánica de la maquina en presión del gas. Los compresores

se relacionan por su forma de trabajo con las bombas o máquinas

hidráulicas, que se utilizan para impulsar líquidos, aunque loscompresores trabajan fundamentalmente con gases y vapores.




CLASIFICACION DE LOS COMPRESORES SEGÚN SU PRINCIPIODE FUNCIONAMIENTO


i ñ C ió G



En la siguiente figura se puede hacer una rápida selección del compresor

en función del flujo volumétrico (ACFM) y la presión de descarga

requerida.

CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN COMPRESOR


Di ñ d Pl t d C ió d G



En la siguiente figura se puede hacer una rápida selección del compresor

en función del flujo volumétrico (ACFM) y la relación de compresión de

requerida.



Di ñ d Pl t d C ió d G



Para la selección acertada del tipo de compresor, existe otros

aspectos adicionales a considerar referentes al servicio de compresión.

Entre estos tenemos:

a. Nivel de Potencia requerido, disponibilidad comercial del

compresor y costo de instalación.

b. Requerimientos de tiempo de operación entre períodos de

mantenimiento.

c. Características del gas y del proceso.d. Inyección de aceite lubricante en las corrientes de proceso.

e. Arrastre de líquido en gas de proceso y sólidos en gas de

proceso.

f . Variaciones en el peso molecular del gas.






g. Temperatura de descarga del gas.

h. Tendencia de ensuciamiento del gasi. Relación de compresión.

j. Tipo de Fuerza Motriz (motor eléctricos o de combustión interna,

turbina a gas o vapor).

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

l. Servicios adicionales de la instalación, energía eléctrica, lubricación,

agua de servicio y enfriamiento, aire de arranque, sistemas de alivio, etc.m. La cantidad y recursos especializados del personal de mantenimiento

de la planta.






Compresores de Desplazamiento Positivo: En todas las máquinas de

desplazamiento positivo, una cierta cantidad de gas de admisión seconfina en un espacio dado y después se comprime al reducir este

espacio o volumen confiando con la ayuda de algún tipo de elemento

(venas, lóbulos, pistones, etc.). Estos elementos comunican su energíamecánica transformándola en presión del gas. En esta etapa de presión

elevada, el gas se expulsa enseguida en forma intermitente hacía la

tuber ía de descarga o al sistema contenedor.

Los compresores de desplazamiento positivo incluyen un amplio espectro

de máquinas compresores, pero los de mayor uso en la industria

petrolera se pueden clasificar en dos categor ías básicas: Reciprocantes

y Rotatorios.

PRINCIPIO GENERAL DE FUNCIONAMIENTO




COMPRESORES RECIPROCANTES




PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS COMPRESORESRECIPROCANTES

Posee un cilindro el cual está provisto de válvulas que operan

automáticamente por diferenciales de presión, 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 de entrada en la línea. La válvula de descarga, se cierra cuando

la presión en el cilindro no excede la presión de la línea de descarga,

previniendo de esta manera el flujo reverso.

Cilindro de Compresión: Es el componente que junto con el pistón se

encarga de disminuir el volumen del gas contenido en la cámara, hasta

llegar a un volumen determinado a la presión de descarga; el compresor

debe tener al menos un cilindro por cada etapa de compresión.

PARTES DEL COMPRESOR RECIPROCANTE.





CILINDRO DE COMPRESIÓN





PISTONES Y BARRAS

Los pistones son los responsables del intercambio de energia desde el

cigueñal hasta el gas en el cilindro. Los pistones estan equipados con

una serie de sellos deslizantes llamados como los anillos del piston.

Los anillos del piston esta hechos de un material sellante y deslizante

que le permita moverse a lo largo de las paredes del cilindro con un

minimo de desgaste.

se o de s de Co p es ó de G s




PISTONES Y BARRAS

Las barras (rods): Es el componente que conecta el pistón con la biela y

le transmite el movimiento reciprocante al pistón. Está sometida a los

esfuerzos generados durante la compresión del gas (tension y

compresión). Las barras esta construidas normalmente de acero con

aleaciones y deben tener una superficie endurecida y pulida,particularmente la parte que pasa a traves de los sellos o empacaduras

del cilindro.

p




Empacadura o Sellos: Proporciona el

sellado dinámico entre el pistón y la

barra y entre la barra con la montura,

consiste en una serie de anillos de

teflón montados en una caja de

sellado; la cual es atornillada a elcilindro, la barra se mueve en un

movimiento reciprocante a través de la

caja de sellos tipo laberinto.

p





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

separable las cuales se definen a continuación:

Montura (frame): La montura o carcaza de un compresor reciprocante es unaestructura fundida donde van montado el cigüeñal y se instalan los cilindros en

forma cruzada. Son especificadas por los fabricantes 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.

Cigüeñal (Crankshaft): Se encuentra instalado dentro de la montura y es el

elemento que transmite la potencia del motor hacia las bielas.

Biela y Cruceta: Son los componentes que permiten transmitir el movimiento

rotativo del cigüeñal y lo linealiza para trasmitirlo a la barra.

Diseño de Plantas de C

ompresión de Gas




BielaCrucetaBarrasPistón

Guías de Cruceta

Cigueñal





Caja de Lubricación: Es el elemento que separa el cilindro de la montura,

cualquier fuga se ventea o se drena a través de éste elemento, contiene la barra

que mueve el pistón de adelante hacia atrás y los sellos de laberinto del cilindro.

Cojinetes: La mayoría de los compresores utilizan cojinetes hidrodinámicos, el

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

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

distribuyen formando una película de aceite en el contacto entre las partes móviles

y estacionarias.

Levanta valvulas: Se usa para reducir el torque de arranque del compresor y parael control de la capacidad del cilindro.

Regulador de volumen muerto (Clearance): Permite ajustar el volumen muerto

dentro de la cámara del cilindro, con lo cual se puede ajustar la capacidad de

compresion del cilindro.








i. Válvulas: Son válvulas de retención tipo check que permiten la entrada y salida de

gas al cilindro; en caso de cilindros de doble acción, existen válvulas de succión a

ambos lados del cilindro, mientras que en cilindros de simple acción sólo se

encuentran en un solo lado. Las válvulas pueden ser de canales, de anillos, de

hongos y la de discos concéntricos.




ompresión de Gas



TIPOS DE COMPRESORES RECIPROCANTES

a. Simple Etapa: Son compresores con una sola relación de compresión,

que incrementan la presión una vez; solo poseen un depurador

interetapa, un cilindro y un enfriador interetapa (equipos que conformanuna etapa de compresión) generalmente se utilizan como booster en un

sistema de tuberías.

b. Múltiples Etapas: Son compresores que poseen varias etapas de

compresión, en los que cada etapa incrementa progresivamente la

presión hasta alcanzar el nivel requerido. El número máximo de etapas,

puede ser 6 y depende del número de cilindros; no obstante, el número

cilindros no es igual al número de etapas, pueden existir diferentes

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

etapas, puede utilizarse 3, 4 o 6 cilindros.





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

los cilindros están ubicados en forma de “V”, en línea o a 180º a cada lado

de la montura o carcaza (frame).

V Configuration

Inline Configuration

Horizontal Opposed Configuration


http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/References%20Material/Horizontal%204.pps

http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/References%20Material/In-Line%204.pps

http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/References%20Material/V-6.pps



TIPOS DE COMPRESORESRECIPROCANTES

d. Integral: Estos compresores

utilizan motores de combustión

interna para trasmitirle la potencia al

compresor; los cilindros del motor y

del compresor están montados en

una sola carcaza (frame) y acoplados

al mismo cigüeñal. Estos

compresores pueden ser de simple o

múltiples etapas y generalmente sonde baja velocidad de rotación 400 –

900 RPM. Poseen una eficiencia y

bajo consumo de combustible; sin

embargo, son mas costosos y difíciles

de transportar que los separables.

RH

LH

1

2

Flywheel

Sheave

3





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

y monturas o carcazas diferentes acoplados directamente. Generalmente,

vienen montados sobre un patín (skid) y pueden ser de simple o múltiples

etapas. Los compresores reciprocantes separables en su mayoría son

unidades de alta velocidad 900 – 1800 RPM que pueden ser accionadospor motores eléctricos, motores de combustión interna o turbinas,

manejan flujos menores de gas que los integrales y pueden tener una

potencia de hasta 5000 HP.




PARTES DE UN SISTEMA DE

COMPRESION TIPO RECIPROCANTE(MOTOCOMPRESOR)

COMPRESORRECIPROCANTE

FUERZA MOTRIZ




Ventajas

1 . Disponible para capacidades por debajo del rango de flujo de los compresores

centrífugos.

2. Son económicos para altos cabezales típicos de gases de servicio de bajo peso

molecular.3. Disponibles para altas presiones; casi siempre son usados para presiones de

descarga por encima de 25000 KPa man. (3500 psig).

4. Son mucho menos sensitivos a la composición de los gases y a sus propiedades

cambiantes que los compresores dinámicos

5. Apropiado para cambios escalonados de flujo de 0 a 100%, a través del espacio

muerto y las válvulas de descarga con un mínimo desgaste de potencia a bajos

flujos.

6. La eficiencia total es mayor que la de los compresores centrífugos para una

relación de presiones mayor que 2.

7. La intensidad del flujo cambia para los diferentes niveles de presión de descarga. 8. Presentan una temperatura de descarga menor que los compresores centrífugos

debido a su alta eficiencia y a su sistema encamisado de enfriamiento.

9 . Son mucho menos sensitivos a desalineamiento en el acoplador y a esfuerzos enla tubería que los compresores centrífugos, axiales y rotatorios, los cuales operan a

velocidades de rotación mayores.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS COMPRESORES RECIPROCANTES




Desventajas

1 . Fundaciones mucho más grande para eliminar las altas vibraciones debido a las

fuerzas reciprocantes.

2. En servicios continuos, se requieren múltiples unidades para impedir paradas de

planta debido al mantenimiento de compresores.

3 . Los costos de mantenimiento son de 2 a 3 veces mayores que los costos paracompresores centrífugos.

4. El potencial de funcionamiento continuo es mucho más corto que el de los

compresores centrífugos, la frecuencia de paradas es mucho mayor, debido a fallas

en las válvulas.

5 . Los compresores reciprocantes son sensitivos al arrastre de sólidos, debido a la

fricción presente de las diferentes partes del equipo.

6. Las máquinas lubricadas son sensitivas al arrastre de líquido, debido a ladestrucción de la película lubricante.

7. Es necesario un área de ubicación mayor que la utilizada por los compresores de

tipo rotatorio y centrífugo.

8 . Las máquinas lubricadas inyectan aceite de lubricación en la corriente de gas;

mientras que las máquinas no lubricadas requieren el cambio frecuente de partes

desgastadas.9 . Comparado con otros tipos de compresores se requiere una inspección más

continua, debido a la susceptibilidad a fallar de las válvulas y del sistema de

lubricación.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS COMPRESORES RECIPROCANTES



VIDEO: PARTES Y FUNCIONAMIENTODE LOS COMPRESORESRECIPROCANTES




EJERCICIOPRACTICO # 3

- IDENTIFICAR LAS PARTES Y FUNCIONAMIENTO DE

UN COMPRESOR RECIPROCANTE.




PRINCIPIO GENERAL DE FUNCIONAMIENTO DE LOSCOMPRESORES

Compresores Aerodinámicos: Estos compresores se fundamentan

en el principio de impartir velocidad a una corriente de gas y luego

convertir esta velocidad en presión en el gas. En un compresor aerodinámico, el aumento de presión se obtiene comunicando a un

cierto volumen de gas, cierta velocidad o energí a cinética, que se

convierte en presión al desacelerar el gas, cuando este pasa a través

de unos elementos denominados difusores. En esta etapa de presión

elevada, el gas se expulsa enseguida en forma continua hacía la

tuber ía de descarga o al sistema contenedor.

Los compresores centr ífugos tienen por lo general muy pocos

problemas, en el proceso de compresión del gas. Además son

confiables para comprimir cualquier tipo de gas. En este tipo de

compresores los de mayor uso en la industria son los Axiales y los

Centr í fugos.



COMPRESORES CENTRÍFUGOS




PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

En los compresores centrífugos el aumento de presión viene dado por el

intercambio de energía entre el impulsor del compresor y el gas; en el

impulsor, el gas es acelerado y comprimido al mismo tiempo, a la salidade éste el gas adquiere su más alto nivel de energía, la cual es producto

del incremento de presión y la energía cinética impartida por el impulsor.

La energía cinética del gas es transformada en energía potencial una

vez desacelerado éste en el difusor del compresor , localizado aguasabajo del impulsor, aproximadamente las dos terceras partes del

incremento de presión del gas es generado en el impulsor y el resto se

genera en el difusor a través de la reducción de la velocidad del gas.




PARTES PRINCIPALES DE UN COMPRESOR CENTRIFUGO




PRINCIPALES PARTES DE UN COMPRESOR CENTRÍFUGO

Descarga Admisión

Diafragma

Impulsor

Rotor

Sello

Cojinete radial

Cojinete de Empuje

Carcasa




PARTES PRINCIPALES DE UN COMPRESOR CENTRIFUGOIMPULSORES



VIDEO: PRINCIPIO DEFUNCIONAMIENTO DE LOSCOMPRESORES CENTRIFUGOS




PARTES PRINCIPALES DE UN COMPRESOR CENTRIFUGOIMPULSORES MONTADOS EN EL ROTOR




PARTES PRINCIPALES DE UN COMPRESOR CENTRIFUGODIFUSORES




PARTES PRINCIPALES DE UN COMPRESOR CENTRIFUGO

IMPULSORES Y DIFUSORES ENSAMBLADOS




Según la Cubierta o Carcaza del Compresor existen dos tipos de compresores:

.

TIPOS DE COMPRESORES CENTRÍFUGOS.

Carcaza divididas horizontalmenteCarcaza divididas verticalmente




COMPRESOR CON CARCAZA VERTICAL (TIPO BARRIL )




COMPRESOR CON CARCAZA HORIZONTAL




El compresor centrifugo consta de uno o más impulsores con sus

respectivos números de difusores los cuales constituyen las etapas decompresión del compresor

ETAPAS DE UN COMPRESOR CENTRÍFUGO




ETAPAS DE UN COMPRESOR CENTRÍFUGO




TIPOS DE CONFIGURACIONES PARA COMPRESORES CENTRÍFUGO




TIPOS DE CONFIGURACIONES PARA COMPRESORES CENTRÍFUGO




COJINETES Estos proveen el soporte y posicionamiento adecuado a la parte rotativa

dentro de la carcaza. Existen tres tipos principales:

a- Cojinetes de Empuje

b- Cojinetes Radiales

c- Cojinetes Magnéticos




Coj inetes Magnéticos

Cojinetes Radiales Cojinetes de Empuje




LOS SELLOS

Son los encargados de evitar fugas o perdidas de presión dentro de lasetapas del compresor así como tambien escapes a la atmósfera desde el eje y/ocojinetes del compresor.

Los compresores centrífugos presenta varios tipos de sellos:

Sellos Laberinto Interetapa Sellos Secos




SELLOS DE ACEITE


SISTEMA DE LUBRICACIÓN DE COMPRESORES CENTRIFUGOS



SISTEMA DE LUBRICACIÓN DE COMPRESORES CENTRIFUGOS

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS COMPRESORES CENTRÍFUGOS





Ventajas

1. Continuos y largos tiempos de funcionamiento (típicamente 3 años) son posibles

con una alta confiabilidad, eliminando la necesidad de múltiples compresores y la

instalación de equipos de reserva.

2. Por las mismas condiciones de operación, los costos del equipo son bajos dado los

altos flujos manejados.3. Los compresores centrífugos son pequeños y livianos con respecto a su capacidad

de flujo, por lo que requieren poca área para su instalación.

4. Los costos de instalación son bajos debido a su pequeño tamaño, ausencia de

fuerzas recíprocas y porque generalmente se requiere la instalación de una sola

unidad.

5. Costos más bajos por atención y por mantenimiento total.

6. Cuando se selecciona una turbina a vapor como equipo motriz, los rangos develocidad alcanzados permiten un acople directo (no requiere unidad reductora) por

lo tanto se minimizan los costos por equipo, reduciendo los requerimientos de

potencia e incrementando la confiabilidad de la unidad.

7. El control de flujo es simple, continuo y eficiente en un amplio rango.

8. No existe contaminación con aceite lubricante del gas de proceso (o aire) como

ocurre en el caso de los compresores reciprocantes.

9. Características de flujo suave, sin pulsaciones de presión (por encima del punto de

oleaje (surge)).




Desventajas

1. Menor eficiencia (de 7 a 13%) que la mayoría de los tipos de compresores de

desplazamiento positivo al mismo flujo y relación de presión, especialmente con

relaciones de presiones mayor que 2.2. La operación no es eficiente por debajo del punto de oleaje, puesto que la

recirculación es necesaria.

3. La presión diferencial es sensible a los cambios en las propiedades del gas,

especialmente en el peso molecular. Esto hace que el diseño de compresores sea

muy crítico para corriente de gases con pesos moleculares variables debido a que

este tipo de maquinaria tiene una definida limitación de cabezal.

4. Para gases con bajos pesos moleculares, la relación de presión por etapa es baja,teniendo que requerirse un largo número de etapas por maquinaria, creando por

tanto complejidad mecánica.

5. Los modelos centrífugos convencionales generalmente no están disponibles para

manejo de flujos a condiciones de descarga bajo 0.15 m3/s (300 pie3/min), real.




VIDEO: FUNCIONAMIENTO DE LOSCOMPRESORES CENTRIFUGOS





- IDENTIFICAR LAS PARTES Y FUNCIONAMIENTO DEUN COMPRESOR CENTRIFUGO.

COMPRESORES AXIALES.






PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Los Compresores Axiales están formados por dos secciones: una estática

o estator que puede ser de ángulo fijo o variable, y otra rotativa llamado

rotor , en ambas, están montadas varias filas de aspas o alabes

llamadas coronas con forma aerodinámica que permiten el paso de flujode gas a través de cada etapa del compresor aumentando la presión.

El gas se comprime al aumentar y reducir alternativamente su velocidad.

Las aspas del rotor imparten energía cinética (movimiento) al gas de

entrada. Cuando el gas es arrojado contra los estatores, su velocidad sereduce y una parte de su energía cinética se convierte en presión estática

y otra en calor. Seguidamente, el aire pasa hacia la siguiente etapa, en

donde se repite el proceso y así sucesivamente hasta que se obtiene la

presión deseada.

PARTES PRINCIPALES DE UN COMPRESOR AXIAL




PARTES PRINCIPALES DE UN COMPRESOR AXIAL

Succión Descarga

PARTES DE UN COMPRESOR AXIAL




ROTOR ESTATOR

http://recursos.cnice.mec.es/bancoimagenes/ArchivosImagenes/DVD04/CD04/4247__41_a_1.jpg

http://recursos.cnice.mec.es/bancoimagenes/ArchivosImagenes/DVD04/CD04/4248__41_a_1.jpg



VIDEO: PRINCIPIO DEFUNCIONAMIENTO DE LOS

COMPRESORES AXIALES




ETAPAS DEL COMPRESOR AXIAL

Una hilera o corona de aspas rotativas y la hilera o corona de aspas

estacionarias anexa forman una etapa en el compresor axial. El numero

de etapas determinaran la presión de descarga en el compresor axial.

CORONA MOVIL CORONA FIJA




FUNCIONAMIENTO DE LOS COMPRESORES AXIALES

Presión

Velocidad

Perfil de presión y velocidad del gas en el compresor axial

Succión

Descarga

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS COMPRESORES AXIALES




Ventajas1 . Capacidades muy altas de flujo por cada compresor: de 140 a 190 m3/s real

(300.000 a 400.000 pie3/min real). Por encima de los 61 m3/s real (130.000 pie3/min

real) más diseños de compresores axiales que centrífugos están disponibles.

2 . La eficiencia puede ser hasta 10% mayor que la de los centrífugos, resultando en

menor consumo energético, al igual que el motor o turbina y un sistema de suministro

de servicios más pequeños.3 . Menor tamaño físico y menor peso que los centrífugos, permitiendo menores costos

de instalación; por ejemplo, menor tamaño del resguardo techado, grúas más

pequeñas, menos espacio requerido, fundaciones menores, menores esfuerzos de

manejo e Instalación, etc.

4. Si se mueve con una turbina de gas o vapor, la mayor velocidad usualmente permite

acoplamiento directo (sin caja reductora) y diseños eficientes de turbina.5 . El diseño de rotor y carcaza puede proveer flexibilidad para hacer modificaciones

menores de comportamiento de manera un poco más conveniente (agregando,

quitando o cambiando etapas y ajustando los ángulos de los álabes del estator) que en

los compresores centrífugos.

6 . Mayor relación de compresión por carcaza debido a mayor eficiencia, según la

imitación de temperatura de descarga.

7. Más fáciles de operar en paralelo con compresores de cualquier tipo que loscentrífugos, debido a su empinada curva cabezal –capacidad.






Desventajas

1 . Rango más estrecho de flujo para operación estable, especialmente con impulso

de velocidad constante, a menos que se use un costoso diseño de álabes de estator

de ángulo variable.

2. Los sistemas de control de flujo y los controles de protección anti –oleaje son más

complejos y costosos que para los centrífugos. El control anti –oleaje debe ser muyconfiable, pues el oleaje puede dañar un compresor axial muy rápidamente.

3. El deterioro de su desempeño debido a ensuciamiento en la ruta del gas y la

erosión es más severo que en los centrífugos.

4. Los daños por objetos extraños succionados tienden a ser más extensos que en

los centrífugos. 5 . Hasta el presente, los modelos desarrollados para la utilización en procesos tienen

generalmente un límite de presión más bajo que los centrífugos.

6 . La experiencia en servicios diferentes al del aire es muy limitada hasta la fecha,

haciendo difícil la justificación de su utilización para un nuevo gas.

7 . Si se considera necesario un rotor completo de repuesto para el axial en lugar de

un juego de álabes sueltos del rotor, el costo de los repuestos principales (incluyendo

los álabes de estator) tiende a ser mayor en el axial que en el centrífugo.

8 . Niveles de ruido más altos que el centrífugo, requiriendo tratamiento acústico másextensivo y severo.




PROBLEMAS OPERACIONALES EN LOS COMPRESORESCENTRÍFUGOS Y AXIALES


ompresión de Gas



CHOKE O ESTRANGULACIÓN

El punto de estrangulación o choke, es el máximo caudal que puede

pasar por el compresor a una determinada velocidad. La estrangulación

se produce cuando en una determinada parte del compresor. Esta parte

por lo general se toma en donde esta la mínima sección de pasaje delgas, o muy cerca de allí, la velocidad del gas llega a ser igual a la

velocidad del sonido. Esa barrera sónica produce tantas pérdidas que

marca el límite máximo de caudal y solamente al aumentar la velocidad

de rotación se puede pasar más gas.

La estrangulación no afecta para nada la vida del compresor, lo que

hace es solamente delimitar el caudal.


ompresión de Gas



OLEAJE O SURGE EN LOS COMPRESORES

En algunos casos es necesario usar en el compresor caudales

menores que el valor para el cual fue diseñado. Si el caudal se reduce

demasiado el compresor entra en una región de inestabilidad llamadaregión de oleaje o surge. El valor del caudal donde comienza la

inestabilidad se llama punto de bombeo o surge. El bombeo es una

oscilación de todo el caudal de gas en el compresor y en las tuber ías.

Esta oscilación hace que el compresor se sacuda golpeando loscojinetes de empuje lo cual puede dañar o destruir el compresor.





- IDENTIFICAR LAS PARTES Y FUNCIONAMIENTO DEUN COMPRESOR AXIAL.



3.- UNIDADES DE FUERZA MOTRIZ




ELEMENTO DE FUERZA MOTRIZ (PRIME MOVER - DRIVER) Son los equipos que proporcionan la potencia necesaria para el

movimiento del compresor. Entre los mas utilizados están: Motores de

combustión interna o gas o gasoil, turbinas de gas o vapor y los

motores eléctricos.


ompresión de Gas



1) Motocompresores: Un motocompresor es un equipo integrado por un motor

electrico o alternativo de combustión interna, de aspiración natural o

sobrealimentado y operando generalmente con gas natural como combustible y

de un compresor integrado al motor o acoplado al mismo.

Los motocompresores integrales: pueden tener en la misma estructura la

parte motriz y la parte compresora, vinculadas por un cigüeñal único. Con un

rango de potencia de estas máquinas de entre 2.000 y 14.000 HP y velocidadesbajas de rotación entre 300 y 500 rpm. Se consiguen apreciables aumentos en

la eficiencia, en razón del bajo régimen rotacional. Tienen la desventaja de ser

elementos de gran volumen y de elevado peso.

Motocompresores separables: en el cual el motor de combustión interna o

eléctrico y el compresor son elementos separados unidos por un acoplamiento o

un variador de velocidad. Normalmente montados en un único patín, son de

relativamente poco peso, fácilmente transportable y de montaje más sencillo.

Las potencias disponibles son de hasta 2.500 HP y su velocidad de rotación es

alto del orden de 700 a 1200 rpm.

ELEMENTOS DE FUERZA MOTRIZ (DRIVER)

MOTOCOMPRESOR




COMPRESOR

RECIPROCANTE

MOTOR DE COMBUSTION INTERNA

(FUERZA MOTRIZ)



VIDEO: FUNCIONAMIENTO DE LOSMOTORES DE COMBUSTION INTERNA

MOTOCOMPRESOR




COMPRESORCENTRIFUGO

MOTOR COMBUSTIONINTERNA O ELECTRICO

(FUERZA MOTRIZ)

MOTOCOMPRESOR




COMPRESORROTATORIO

MOTOR ELECTRICO(FUERZA MOTRIZ)



VIDEO: FUNCIONAMIENTO DE LOSMOTORES ELECTRICOS





2) Turbocompresores: Es un equipo compuesto básicamente por un

compresor de gas (generalmente axial), una cámara de combustión, unaturbina generadora de gases y una turbina de potencia, las cuales

transforman el empuje de los gases en fuerza motriz al eje que accionará el

compresor de aire de la turbina y al compresor de gas que se acopla a la

turbina. Además cuenta con elementos auxiliares para la lubricación, regulación

de velocidad, alimentación de combustible, puesta en marcha, etc. Como

consecuencia de que el régimen rotacional de las turbinas es generalmente

superior a las 5000 rpm el compresor de gas a acoplar deberá ser del tipo

centrífugo.

El conjunto resultante conforma un equipo liviano, transportable y de volumen

reducido, siendo la instalación sencilla ya que generalmente estos equipos se

entregan paquetizados. Los equipos turbocompresores comprenden el uso de

turbinas de diversos diseños, tales como las de ciclo simple, de ciclo

regenerativo, las derivadas de aviación y las de ciclo combinado.





TURBOCOMPRESOR




COMPRESION DE GASCOMPRESOR

CENTRIFUGO O AXIALTURBINA DE GAS(FUERZA MOTRIZ)

Gas Turbine.exe

PARTES DE UNA TURBINA




PARTES DE UNA TURBINA



VIDEO: FUNCIONAMIENTO DE LASTURBINAS DE GAS




TURBINA DE VAPOR




eje de potencia

SELECCIÓN DEL ELEMENTO DE FUERZA MOTRIZ (DRIVER)




Aplicacion Fuerza motriz Compresor Potencia

Líneas principales Turbinas de gas Compresor

centrifugos

5 a 35 HP

Líneas principales Motor eléctrico

síncrono

Compresor

centrifugos

10 a 40 HP

Líneas principales Motor eléctrico

inducido

Compresor

centrifugos

1 a 20 HP

Alto volumen y

baja relación de

compresión

Motor de

combustión de baja

velocidad

Compresor

reciprocante

-

Bajo volumen y

alta relación de

compresión

Motor de

combustión de alta

velocidad

Compresor

reciprocante

670 a 10700 HP

Bajo volumen y

alta relación de

compresión

Motor eléctrico

inducido

Compresor

reciprocante

670 a 10700 HP




EJERCICIO PRACTICO # 5- DESCRIBIR LAS PARTES Y FUNCIONAMIENTO DE UNA

TURBINA.



4.- Diseño de sistemas de compresiónde gas

PASOS PARA DISEÑAR UN SISTEMA DE COMPRESION




SOS S U S S CO S O

El diseño de un sistema de compresión frecuentemente presenta los

siguientes pasos

PASO I – Entender la finalidad de la aplicacion

PASO II – Buscar y analizar los datos iniciales

PASO III – Seleccionar el compresor adecuado

PASO IV – Dimensionar el compresor y su fuerza motriz

PASO V – Configuracion final del compresor

PASO VI – Configuracion final del sistema de compresion

PASO I ENTENDER LA FINALIDAD DE LA APLICACION




PASO I – ENTENDER LA FINALIDAD DE LA APLICACION

1. Describir de forma clara el proposito para el cual sera utilizado el

compresor.

2. Determinar las variadas condiciones de operacion que

experimentarà el compresor durante su uso.

En esta etapa del diseño no es necesario establecer de formacuantitativa los parametros de operacion que tendra elcompresor.

PASO II – BUSCAR Y ANALIZAR LOS DATOS INICIALES




PASO II – BUSCAR Y ANALIZAR LOS DATOS INICIALES

Se deben buscar y establecer con claridad los siguientes datos que

serviran de base para el inicio del proceso de diseño:

- Caracteristicas v propiedades del gas.- Presiones de succion y descarga

- Elevacion del sitio (o Presion barometrica local)

- Temperatura de succion

- Flujo de gas o ser manejado por el compresor (cfm)

- Condiciones normales de operación que tendra el compresor.

- Disponibilidad de servicios en el area (Electricidad agua potable, etc.)

PASO II - Caracteristicas y propiedades del gas




PASO II - Caracteristicas y propiedades del gas

Ya sea un gas individual o una mezcla de gases, las siguientescaracteristicas y propiedades del gas es necesario conocer oestablecer:

-Origen

-Composicion

- Formula quimica o nombre.

- Peso Molecular.

- Presion y Temperatura Criticas.

- Factor de compresibilidad (Z)- Relacion de calores especificos “k”.

- Otras

PASO II – Presiones de succion y descarga




Las presiones de succion y descarga utilizadas en el diseño deben ser

expresadas en valores absolutos. Si el valor dado viene dado en valor

manometrico, se debe convertir a valor absoluto utilizando la siguiente

ecuacion:

Psia = Psig + Pamb

Psia: presion absoluta

Psig: presion manometrica

Pamb: presion barometrica local

Deben ser establecido desde el principio que tipo de presion se esta

utilizando para poder hacer los cambios respectivos.

PASO II – Elevacion del sitio

Conociendo la altura sobre el nivel del mar del sitio donde sera




instalado el compresor, sera podra establecer la presion manometrica

local para poder calcular la presion absoluta. La siguiente tabla permite

establecer la presion manometrica segun la altura del sitio:

PASO II - Temperatura de succion (Ts)




p ( )

La temperatura de succion debe ser expresada en valores absolutos,

para ello se debe uitlizar la siguientes formular

.

°R = °F + 460 °K = °C + 273

°R: Grados Rankine, valor absoluto

°F: Grados Fahrenheit, valor relativo

°K: Grados Kelvin, valor absoluto°C: Grados Centigrados, valor relativo

PASO II – Flujo de gas a ser manejado




Debe establecerse el flujo de gas a ser manejado en la succion del

compresor. Este volumen debe ser expresado en pies cubicos por

minutos a condiciones de succion (inlet cubic feet per minute)

(ICFM).

La confusion con respecto al flujo del gas se debe al hecho deque los gases son compresibles. Esto significa que el gasocupara volumes diferentes dependiendo de la presion ytemperatura a la cual este sometido.

Hay muchas maneras de expresar el flujo de gas, entre las cuales

tenemos: LBM/HR, SCFM, SCFS, MMSCFD, ICFM.

CONDICIONES DE REFERENCIA




De acuerdo a la ISO 5024

Pa = 14.6 psia (101.325 kpa ) - Ta = 59◦F (15◦C)

Para las industrias de United States

Pa = 14.4 psia (99.3 kPa) - Ta = 60◦F (15.5◦C)

Temperatura: 60 ◦F (460 + 60 = 520 ◦R)

Presion:14.7 ps ia (760 mm. Hg ).

Los valores estandar segun la norma API Mechanical EquipmentStandards, son las siguientes:

CONDICIONES ESTANDAR

PASO III – SELECCIONAR EL COMPRESOR ADECUADO




- Other factors concern to service

PASO IV – DIMENSIONAR EL COMPRESOR Y SU ELEMENTO DEFUERZA MOTRIZ




U O

1. Calcular la relacion total de compresion.

2. Determinar el numero de etapas de compresion.

3. Determinar la relacion de compresion y presiones interetapas.4. Calcular la temperatura de descarga.

5. Calcular la potencia de compresion por etapas y total.

6. Seleccionar el modelo de compresor y fuerza motriz.

7. Determinar la eficiencia volumetrica por etapas.

8. Determinar el desplazamiento del piston por etapas.

9. Calcular el diametro de los pistones por etapas.

10. Calcular las cargas o esfuerzos sobre las barras.

PASOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL COMPRESOR

1 C l l l l i t t l d i




1. Calcular la relacion total de compresion.

rt = Pd/Ps

Ps: Suction pressure (psia)

Pd: Discharge pressure (psia)

2. Determine numero de etapas de compresion.


3 Determinar la relacion de compresion y presiones interetapas




3. Determinar la relacion de compresion y presiones interetapas.

ri= (rt /fe) 1/n

Pi = ri*Psfe: factor de enfriamiento (5 psi =0.95 / 3 psi= 0.97 / 0 psi=1.0)

4. Calcular la temperatura de descarga.

T1 o Ts: Suction temperature °R T2 o Td: Discharge temperature °R rp o r : Compression Ratio (Pd/Ps)

k : specific heat ratio of the gas.

PASOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL COMPRESOR 5 C l l l i d i




5. Calcular la potencia de compresion por etapas

BHP = brake horsepower per stageQg = volume of gas, MMscfdTs == suction temperature, °R k = ratio of gas specific heats, Cp/CvPs = suction pressure of stage, psiaPd = discharge pressure of stage, psiaZav = (Zs + Zd)/2E = efficiency:- high-speed reciprocating units — use 0.82- low-speed reciprocating units — use 0.85- centrifugal units — use 0.72

(isentropico)

PASOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL COMPRESOR 6. Seleccionar la marca y modelo de compresor adecuado (Catalogos




6. Seleccionar la marca y modelo de compresor adecuado (Catalogosde Fabricantes) y su elemento de fuerza motriz.

PASOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL COMPRESOR 6 Seleccionar la marca y modelo de compresor adecuado (Catalogos




6. Seleccionar la marca y modelo de compresor adecuado (Catalogosde Fabricantes) y su elemento de fuerza motriz.

Para estimar la potencia que debe tener el elemento de fuerza motriz

es necesario conocer las perdidas mecánicas en el compresor. Laspérdidas mecánicas para compresores reciprocantes son atribuidas a

las pérdidas por fricción en el engranaje de marcha. La potencia del

driver pueden ser estimadas dividiendo el requerimiento de potencia de

compresión BHP entre la eficiencia mecánica del compresor ηm .

(ηm= 0.85 a 0.95).

BHP / ηm


6. Seleccionar la marca y modelo de compresor adecuado (Catalogosd F b i t ) l t d f t i




de Fabricantes) y su elemento de fuerza motriz.





7. Determinar la eficiencia volumetrica.

Lubricated compressors: EV% = 96 - R – C[ Zs/Zd (R 1/k - 1)]

Non-lubricated compressors: EV% = 89 - R – C[ Zs/Zd (R 1/k - 1)]

C: % Clearance (normaly 20%)


8. Determinar el desplazamiento del piston por etapas PD.


ompresión de Gas



a)

b)

c)

Qstd = rate of flow in MMscf/d

Q = rate of flow in MMcf/d

Pa = reference base pressure in psia

Pb = pressure base or standard pressure in psia

Tb = temperature base or standard in ◦R

Ts = suction temperature in ◦R (K)Zs = compressibility factor at inlet conditions

Q = cylinder capacity in inlet conditions in MMcf/d

Ev = volumetric efficiency factor in %

Ps = pressure at the suction flange in psia

PD = piston displacement in ft.3 / min

9. Calcular el diametro del piston

( PISTONES DE DOBLE ACCION)


9. Calcular el diametro del piston




b)AH = area of head end of the piston in inch.2

D = piston diameter in inchd = rod diameter in inchAc = area of crank end of the piston in inch.2

=4

10. Calcular las cargas en la barra

Load in compression = Pd Ap - Ps (Ap – Ar)

Load in tension = Pd (Ap - Ar) - Ps Ap [lbf]

[lbf]









PASO V - CONFIGURACION FINAL DEL COMPRESOR RECIPROCANTE









EJERCICIO PRACTICO # 6-REALIZAR LOS CALCULOS BASICOS PARA EL DISEÑODE UN COMPRESOR RECIPROCANTE.

-REALIZAR LA DESCRIPCION DE LOS COMPONENTES

DE UN SISTEMA DE COMPRESION DE GAS.



5.- CONFIGURACIÓN DE UN PLANTA DE

COMPRESIÓN DE GAS

INTRODUCCION

Las plantas compresoras pertenecen al sistema básico de producción de




Las plantas compresoras pertenecen al sistema básico de producción de

la industria petrolera y son las que proporcionan la energía necesaria

para impulsar el gas desde las áreas de producción, para contrarrestar

las perdidas de presión en los sistemas de transmisión y para inyectar el

gas en los yacimientos.

Una planta compresora está normalmente formada por una o más

unidades de compresión, accionadas cada una de éstas por una o mas

unidades de fuerza motriz. Además posee otras serie de instalaciones y

equipos para facilitar la recepción, medición, distribución, control y

seguridad del proceso de compresión del gas. Las unidades

compresoras se instalan usualmente en el interior de edificios

especialmente diseñados para protegerlas de la acción del medio

ambiente y a la vez facilitar las tareas de operación y mantenimiento de

las mismas.

TIPOS DE PLANTAS DE COMPRESIÓN DE GAS.

Las plantas compresoras pueden ser pequeñas como las ubicadas en




Las plantas compresoras pueden ser pequeñas como las ubicadas en

los sistemas de recoleccion y manejo del gas y las grandes plantas

ubicadas en los sistemas de distribucion y transmision de gas.

Una planta compresora, es una instalación turbocompresora y/o

motocompresora capaz de comprimir el gas proveniente de las

estaciones de flujo a una presión comprendida entre 20 y 180 psig

respetivamente y elevarla hasta las presiones establecidas para su

manejo o distribución según los requerimientos operacionales

En el caso de los sistemas de recoleccion y manejo de gas se manejan

presiones del orden de los 1200 psig, mientras que en las grandes

plantas de distribucion y transmision de gas las presiones que se

manejas son del orden de los 3000 psig o mayor.

TIPOS DE PLANTAS DE COMPRESIÓN DE GAS.




Las plantas compresoras de gas se clasifican en los siguientes grandes

grupos:

Según su estructura: Convencionales y modulares

Según su capacidad de compresión: Grandes plantas y miniplantas.

Según su finalidad: Producción, inyección y transmisión

Según la magnitud y origen de la presión de admisión: exhautoras,

compresoras o recompresoras.

TIPOS DE PLANTAS COMPRESORAS




MINIPLANTAS MODULAR

CONVENCIONAL (MAR) CONVENCIONAL (TIERRA)

CONFIGURACION DE LOS COMPRESORES EN LAS PLANTAS

COMPRESORAS

1- El de tipo cadena o compresores en serie: en este caso los equipos están




configurados para que la descarga de un compresor sea la succión del otro,

formados por lo general por turbinas industriales y compresores centrífugos.

2- El de tipo paralelo o compresores en paralelo: donde la succión y la

descarga son comunes para un grupo de compresores

CONFIGURACION DE LOS COMPRESORES EN LAS PLANTAS

COMPRESORAS




descarga son comunes para un grupo de compresores.






VIDEO: TREN DE UNA PLANTA DE

COMPRESION

COMPONENTES DE UNA PLANTA COMPRESORA CONVENCIONAL

Las Plantas compresoras convencionales están constituidas por unidades




p p

motocompresoras reciprocantes, centrífugas y/o axiales, cuyo principal objetivo

es elevar la presión del gas desde un rango aproximado de presión de succión

de 60 lbs/pulg2 (Psi) – 250 lbs/pulg2 (Psi) hasta un nivel de presión en la

descarga de 800 lbs/pulg2 (Psi) – 1400 lbs/pulg2 (Psi). Los motocompresoresreciprocantes operan básicamente con tres o cuatro etapas de compresión,

dándoles esta condición de diseño una alta flexibilidad operacional, una mayor

eficiencia y un menor costo de potencia.

Son capaces de desarrollar presiones elevadas, manejar volúmenes

pequeños y en adición, no son tan sensibles a los cambios en la composición y

densidad del gas. Las unidades de múltiples etapas están equipadas con

enfriadores interetapas de forma de remover el calor generado en el proceso de

compresión, manteniendo la temperatura dentro de un intervalo seguro de

operación para el equipo.

Además de los motocompresores, las plantas convencionales necesitan deotros sistemas para operar bajo condiciones de eficiencia y seguridad, tales como:

•Sistema de Depuración del Gas Natural (succión): los compresores





Sistema de Depuración del Gas Natural (succión): los compresores

reciprocantes no son capaces de manejar fluidos incomprensibles, por lo tanto se

debe garantizar que el gas a la entrada del equipo sea lo mas seco posible y así

evitar daños en los cilindros compresores. Esto se logra con la acción de

depuradores ubicados en la línea de succión de los motocompresores.

•Sistema de Telecomunicaciones: permite monitorear por señales de telemetría

y a través de una sala de control las condiciones de los motocompresores, y en

algunas plantas el sistema de succión y descarga. También tienen la facilidad de

radio y teléfono (no todas).

•Sistema de Enfriamiento: El motocompresor requiere enfriamiento para su buen

funcionamiento sistemas de enfriamiento que pueden ser muy diferentes. Algunos

están conformados por intercambiadores de calor del tipo tubo-carcaza enfriados

por un sistema común de agua en un circuito cerrado. En otros casos se utilizan

intercambiadores de calor atmosférico tipo Fin-Fan cuyos ventiladores pueden

estar accionados por el motor de las unidades o con motores eléctricos

independientes.

•Sistema de Seguridad: las plantas compresoras poseen válvulas actuadoras

que automáticamente al detectarse algún problema en la instalación (fuego, alta

ió b j ió ) b i ú f ió d l j d l





presión, baja presión) abren y cierran según sea su función, desalojando el gas

de los equipos y tuberías para dejar la planta en condiciones seguras. Las

paradas de plantas pueden ser manuales, en la planta o remotas, desde Control

de Producción. También las plantas cuentan con válvulas de bloqueo manual,en caso de fallar las automáticas (válvulas rojas) y sistema contra incendio. En

algunas plantas, adicionalmente, los motocompresores poseen dispositivos de

paro por seguridad para evitar daños a los equipos cuando no cumplan con las

condiciones de operaciones recomendadas por el fabricante (máximas).

•Sistema de Medición de Gas Natural: La medición del gas se cuantifica por medidores de tipo placa orificio y están ubicados en la entrada, salida y toma de

gas combustible de la planta, lo que permite realizar el balance de los caudales,

evaluar el comportamiento de los sistemas y tomas correctivos.

•Sistema Eléctrico: El sistema de alimentación de electricidad de las plantas es

proporcionado por redes locales cercanas, a través de cables de transmisión

eléctrica hasta una sub-Estación propia que cuenta con los siguientes equipos:





eléctrica hasta una sub Estación propia que cuenta con los siguientes equipos:

• Transformadores de carga.

• Transformadores para iluminación y servicios.

• Transformadores para los sistemas de bombeo de agua contra

incendio.

• Switches de accionamiento.

• Centro de control de equipos.

El sistema eléctrico debe estar conformado por una fase de respaldo de 100%

en caso de fallas, accionada por el switch de control cuando falla la red dealimentación que está en servicio.

Sistema de Alivio y Venteo: El sistema de alivio y venteo consiste en un arreglo

de tuberías, válvulas de control, separador de líquidos (KOD) y mechurrio





conectados en las líneas de entrada de gas de las Plantas Compresoras aguas

arriba de la válvula de bloqueo y tiene dos funciones básicas, estabilizar la

presión de entrada al proceso de compresor y desviar el gas hacia el mechurrio

en caso de una contingencia (ejemplo fuego).

Sistema de Desvío de Planta: Durante el evento de una parada de emergencia

las válvulas de bloqueo de entrada y salida de la planta compresora se cierran

de forma automática impidiendo el flujo de gas hacia y desde los cabezales de

entrada y salida lo cual produce un aumento en la presión de las líneas deentrada de gas a las plantas. Las válvulas de control abren totalmente

permitiendo el desvío de todo el gas hacia el KOD, si el sistema tiene la facilidad

de dirigir la corriente de gas hacia el KOD, el otro caso es que este direccionado

a un cabezal de venteo que llega a una estaca por donde se liberan los gases.

Sistema de Gas Combustible: El gas combustible involucrado en el proceso de

combustión interna de los motores, normalmente es el mismo gas de compresión

t d d l lí d t d l t l i l d ió j t l





o es tomado de las líneas de entrada a planta al nivel de presión que se ajuste al

sistema de regulación de presión instalado, procurando que las condiciones del

mismo sean apropiadas para la operación del motor, para evitar la llegada de

líquidos al sistema de ignición de los equipos.

Sistema de Aire Comprimido: La operación de las plantas compresoras

depende en alto grado de sus sistemas de control, por tanto es necesaria una

fuente de aire limpio a una presión estable para los instrumentos. Los sistemas

de aire comprimido están conformados por varios compresores en paralelo que

pueden ser combinados, es decir, algunos accionados eléctricamente y con

apoyo de motores diesel para casos de falla eléctrica. El aire pasa por filtros que

extraen la humedad y las partículas extrañas y se acumula en recipientes

presurizados para garantizar un suministro seguro.

Sistema UV- Parada de Emergencia: Las instalaciones de gas son sumamente

riesgosas, por tanto poseen sistemas de seguridad que actúan en caso de fuga

de gas incendio o explosión Los sistemas de seguridad de las plantas están





de gas, incendio o explosión. Los sistemas de seguridad de las plantas están

conformados por detectores que envían señales a un panel de control o actúan

directamente en el paro de emergencia. Los problemas que son capaces de

detectar estos equipos son: Presencia de llama (detectores ultravioleta oinfrarrojo), calor (tapones fusibles) y mezclas explosivas (nariceras). En caso de

presentarse alguno de estos problemas en una planta, el equipo de protección

actúa parando las unidades compresoras, bloqueando la entrada y salida del gas

de la planta, despresurizando los equipos y tuberías hacia el sistema de venteo.

.

Venting o Flare








EJERCICIO PRACTICO # 7- IDENTIFICAR LOS PARTES Y EL FUNCIONAMIENTO

DE UNA PLANTA COMPRESORA DE GAS.



GRACIAS POR SU ATENCION

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Modulo 4 - Compresion de Gas Rec