Compresores Selección

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PDVSA N ° TITULO REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB. APROB. FECHA APROB. FECHA COMPRESORES E1994 MDP–02–K–03 SELECCION DEL TIPO DE COMPRESOR APROBADO MAY.96 MAY.96 MAY.96 0 F.R. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO ESPECIALISTAS 32 PDVSA

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APROBADODESCRIPCION FECHA MAY.96 APROB.

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Indice1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 TIPOS DE COMPRESORES Y APLICACIONES . . . . . . . . . . . . . . . .4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 5.1 5.2 5.3 Clasificacin del Tipo de Compresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seleccin del Tipo Optimo de Compresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de Compresores que Requieren Atencin Especial . . . . . . . . . . . . . Condiciones de Servicio que Afectan la Seleccin del Tipo de Compresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grficos de Rango de Aplicacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comparacin de Caractersticas de Varios Tipos de Compresores . . . . . Tipos de Compresores para Servicio en Vaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de Compresores para Servicio de Aire de Planta . . . . . . . . . . . . . . . Incentivos para la Seleccin de Compresores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Principios de Operacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limitaciones Crticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 2 2 22 3 4 4 6 7 8 10

5 GUIA PARA LA SELECCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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6 PROGRAMA DE COMPUTACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1

OBJETIVOEl objetivo de este captulo es presentar los tipos de compresores disponibles comercialmente, sus aplicaciones y las bases para hacer la seleccin del mismo.

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ALCANCEEn este captulo se muestra la informacin bsica y consideraciones relevantes para la seleccin ptima del compresor. Se presenta la amplia variedad de compresores disponibles, sin embargo slo tres de ellas son mostradas en detalles: centrfugos, flujo axial y reciprocantes.

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REFERENCIASPrcticas de Diseo (versin 1986) Vol.1, Sec. 1 Consideraciones Econmicas de Diseo Vol. VI, Sec. 11 Compresores Normas Nacionales (USA) e Intrernacionales API Standard 618 Reciprocanting Compressors for General Refinery Services Otras Referencias Perry, Robert H., et. al., Chemical Engineers Handbook, 5th ed. Mc Graw Hill Book Company, 1983. (Subsection on Pumping of Liquids and Gases). Gibbs, C.W. Compressed Air and Gas Data, IngersollRand Company, New York, 1971. Ludwig, E.E., Applied Process Design For Chemical and Petrochemical Plants, Volume II, Gulf Publishing Company, 1983.

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TIPOS DE COMPRESORES Y APLICACIONES4.1 Clasificacin del Tipo de CompresorLos principales tipos de compresores se muestran en la Fig. 1; en la misma se observan dos grandes grupos: dinmicos y de desplazamiento positivo. Los compresores dinmicos son mquinas rotatorias de flujo continuo en la cual el cabezal de velocidad del gas es convertido en presin. Los compresores dinmicos se clasifican de acuerdo al flujo que manejan en centrfugos (flujo radial), axial (flujo axial) y flujo mezclado.

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Los compresores de desplazamiento positivo son unidades de flujo intermitente, donde sucesivos volmenes de gas son confinados en un espacio y elevado a alta presin. Se dividen en dos grandes grupos: reciprocantes y rotatorios. Los primeros son mquinas en las cuales la compresin y el elemento desplazado es un pistn con un cilindro. Los compresores rotatorios son mquinas en la cual la compresin y el desplazamiento es afectado por la accin positiva de los elementos que rotan. Dentro de este captulo nos limitaremos a estudiar los tipos de compresores ms comunes usados a nivel industrial, tales como centrfugos, axiales y reciprocantes.

4.2

Seleccin del Tipo Optimo de CompresorLa seleccin del tipo de compresor puede ser realizada por el ingeniero de proyecto. Para lograr una seleccin satisfactoria se deben considerar una gran variedad de tipos, cada uno de los cuales tiene ventajas peculiares para aplicaciones dadas. Entre los principales factores que se deben tomar en consideracin, dispuesto hasta cierto punto en orden de importancia, se encuentran la velocidad de flujo, la carga o presin, las limitaciones de temperatura, el consumo de potencia, posibilidades de mantenimiento y el costo. En la Fig. 2 se muestra el intervalo de operacin de los tipos ms comunes. La seleccin del tipo de compresor puede ser realizada de la siguiente manera: 1. Compare el nivel de potencia requerida con el rango de capacidad normal de potencia incluido en este captulo, para as eliminar algunos tipos y juzgar si la aplicacin es de rutina o si por el contrario es excepcional. Usando los criterios de la Fig. 2 de Rango de Aplicacin del compresor, es posible seleccionar el tipo de compresor econmico factible. Para ello slo se requiere del flujo de entrada m3/s (pie3/s) y el valor de la presin de descarga. Eliminar los tipos que resulten tcnicamente inadecuados debido a los requerimientos del servicio en particular. Para los tipos de compresores econmicos, decida cuantas unidades y de que capacidad seran instalados, y que equipos auxiliares principales seran requeridos. Determine que tipos de compresores han sido aplicados a este servicio en proyectos recientes, observando cuales han sido las variaciones de flujo en los otros proyectos. Haga una breve comparacin econmica de los casos competitivos, el procedimiento es ilustrado en las Prcticas de Diseo (versin 1986) vol I, Seccin 1, Consideraciones Econmicas de Diseo. Si el breve estudio econmico muestra una fuerte competencia entre dos o ms tipos, obtenga asesora de un especialista en maquinarias para

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conseguir costos actuales y datos de rendimiento de por lo menos dos suplidores de cada tipo de compresor. La experiencia que haya adquirido una refinera en particular o un rea geogrfica con un tipo particular de compresor puede influenciar la seleccin en casos marginales. Experiencias previas favorable o desfavorable con un tipo de compresor pueden estar relacionadas a: 1. 2. 3. 4. 5. La seleccin del tipo de compresor apropiado para la aplicacin previa. El modelo particular previamente aplicado. La proximidad de facilidades de servicio del suplidor y del personal. El tamao y recursos especializados del personal de mantenimiento de la planta. La disponibilidad de las herramientas adecuadas para el mantenimiento y los servicios disponibles.

4.3

Tipos de Compresores que Requieren Atencin EspecialLos siguientes tipos de compresores son rara vez usados en servicios de refinera y en consecuencia no son cubiertos extensivamente en esta Prctica de Diseo. La Asistencia de especialistas en maquinarias debern en consecuencia emplearse en la seleccin de estos tipos en especial: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Compresores centrfugos de alta velocidad y de una sola etapa. Compresores axiales para servicios de gas. Ventiladores para servicios de gas. Compresores reciprocantes de muy alta presin (por encima de 40000 KPa (6000 psi)). Compresores de diafragma. Compresores rotatorios diferentes al tipo de alta presin de tornillo helicoidal.

4.4

Condiciones de Servicio que Afectan la Seleccin del Tipo de CompresorLos siguientes aspectos del diseo de servicio de compresin influyen grandemente en la Seleccin del tipo de compresor ptimo, estilo de construccin y aspectos de diseo: Disponibilidad Comercial de Modelos de Compresores 1. 2. Flujo volumtrico Ver grficos de Rango de Aplicacin, Fig. 2. Presin de Descarga Ver grficos de Rango de Aplicacin.

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Nivel de Potencia Ver Capacidad Normal de Potencia en este captulo.

Confiabilidad de los Tipos de Compresores 1. 2. Requerimientos de tiempo de operacin entre perodos de mantenimiento. Potencial de Disponibilidad, lo cual afecta la multiplicidad seleccionada.

Este tema se cubre ampliamente en las Prcticas de Diseo (versin 1986), vol.VI, secc. 11C Durabilidad de mquinas compresoras y uso de auxiliares. Caractersticas del Gas y del Sistema de Proceso. 1. Inyeccin de aceite lubricante en las corrientes de proceso Los compresores que requieren lubricacin interna (reciprocante lubricado y el de aletas deslizantes) son insatisfactorios para servicios de oxgeno y para ciertos servicios de alimentacin a reactores donde la formacin de depsitos de aceite contaminan seriamente a los catalizadores. La lubricacin interna al compresor no es deseable (a pesar de que es usada frecuentemente) para servicios de aire de instrumentos y de refrigeracin. Arrastre de lquido en gas de proceso Los compresores de anillo lquido son los menos sensibles, seguido por compresores de alta presin de tornillo helicoidal. Los tipos ms sensibles son el de aletas deslizante, los reciprocantes lubricados, y los centrfugos de alta velocidad. Slidos en gas de proceso Los compresores de anillo lquido son los menos sensibles, seguidos por los compresores a alta presin de tornillo helicoidal. Los tipos ms sensibles son los de aletas deslizante, los reciprocantes nolubricados, y los centrfugos de alta velocidad. Oscilaciones en peso molecular Los compresores de desplazamiento positivo son relativamente insensibles; los compresores dinmicos tienen que ser diseados anticipadamente para el rango completo, y no son adecuados para variaciones amplias en operacin normal. Sensibilidad a la temperatura de descarga del gas Todos los tipos pueden ser diseados con etapas mltiples para limitar la elevacin de temperatura. Los tipos de tornillo rotativo y de lbulo recto pueden ser diseados para enfriamiento por inyeccin de lquido. Los compresores de anillo lquido mantienen la temperatura de descarga cercana a la temperatura de entrada del lquido de compresin. 6. Temperatura de entrada alta Los compresores centrfugos y ventiladores pueden ser diseados especialmente para temperaturas de entrada en un rango entre 110 y 540C (230 y 1000F). Los compresores de tornillo helicoidal de alta presin pueden ser diseados para temperaturas hasta de 230C (450F), por medio del uso de rotores enfriados con aceite.

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7.

Tendencia de ensuciamiento del gas Los compresores axiales y de alta velocidad, y los centrfugos de etapa sencilla, no son adecuados para servicios sucios. Un sistema de lavado permite a los compresores del tipo de tornillo helicoidal y a los compresores centrfugos ser usados en un servicio sucios.

Factores Tcnicos que Favorecen Ciertos Tipos de Compresores 1. Requerimiento de Cabezal Los compresores de desplazamiento positivo tienden a ser mas econmicos que los tipos dinmicos para requerimientos de alto cabezal. Relacin de Presin Los compresores reciprocantes de etapas mltiples tienden a ser ms econmicos para altas relaciones de presin. Tipo de Elemento Motriz Las turbinas a gas o a vapor tienden a favorecer los tipos de compresores dinmicos y de tornillo helicoidal de alta presin sobre los reciprocantes, porque el engranaje de trasmisin es eliminado o simplificado.

2. 3.

Factores que Incluyen Directamente sobre las Comparaciones Econmicas 1. 2. Precios de Mquina Consulte a especialistas en maquinarias para estimados suplementarios. Nivel de costo de instalacin que resulta del tamao fsico, complejidad mecnica y requerimiento de multiplicidad. Los compresores dinmicos y de tornillo helicoidal de alta presin tienen costos significativamente menores que lo compresores reciprocantes. Eficiencia Influye en los costos de operacin. Ver datos de eficiencia en el captulo PDVSAMDP02K04. Requerimientos de mantenimiento Ver Costos de Mantenimiento de Maquinarias para compresores, Prcticas de Diseo (versin 1986), vol.VI, Sec. 11C Durabilidad de Mquinas Compresoras y Uso de Auxiliares.

3. 4.

4.5

Grficos de Rango de AplicacinEn la Fig. 2 de este captulo se incluyen grficos de rango de aplicacin para cada uno de los tipos principales de compresores y estilos de construccin, usando el flujo volumtrico actual a la entrada y nivel de presin a la descarga como parmetros distintivos. Observe que se indican dos rangos para cada tipo y estilo. 1. 2. El rango Factible, en el cual se ofrecen modelos comerciales de por lo menos un suplidor mayor, indicando factibilidad tcnica. El rango Econmico, en el cual cerca del 90% de las solicitudes son actualmente hechas, y para las cuales se ofrecen modelos de por lo menos dos suplidores, indicando la competencia econmica con otros tipos.

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Para el campo de aplicacin que queda dentro del rango de factibilidad pero fuera del rango econmico la experiencia de operaciones a menudo muy limitada, las fuentes de suministro usualmente son limitadas, y se requiere de algn grado de diseo especial (en vez de normalizado) para la mayora de los suplidores. Para servicios donde el flujo volumtrico y la presin de descarga caen dentro del rango econmico de un tipo de compresor solamente, el proceso de seleccin del tipo de compresor es directo. Para servicios donde el flujo volumtrico y la presin de descarga caen dentro del rango econmico de ms de un tipo de compresor, se requiere un estudio de seleccin del tipo de compresor.

4.6

Comparacin de Caractersticas de Varios Tipos de CompresoresCapacidades Normales de Potencia Las Capacidades Normales de Potencia en kW (HP) (por carcaza o estructura) de los tipos de compresores ms aplicados comnmente, pueden resumirse como sigue:Mayor Capacidad Normal de Potencia Comnmente Aplicada kW (HP) 15000 (20000) 150 ( 200) 20000 (28000) 3000 ( 4000) Capacidad Mxima Normal de Potencia Actualmente Factible kW (HP) 26000 (35000) 300 ( 400 ) 60000 (80000) 9000 (12000) 45 ( 60) 1100 ( 1500) 4500 ( 6000)

Tipo de Compresor

Menor Capacidad Normal de Potencia Comn kW (HP)

Centrfugo Multi etapa Centrfugo de Alta Velocidad Axial Reciprocante Diafragma Tornillo Helicoidal de Alta Presin Tornillo Helicoidal de Baja Presin Tornillo Espiral de Baja Presin Lbulo Recto Alabe Director Deslizante Anillo Lquido

900 (1200) 20 ( 25 ) 3750 (5000) 40 ( 50 ) 1 ( 1) 225 ( 300)

7.5 ( 10) 40 ( 50) 1 (1) 1 ( 1) 2 ( 3)

375 ( 500) 600 ( 800) 340 ( 450) 325 ( 430) 375 ( 500)

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Caractersticas Mecnicas Refirase a la Tabla 1 para una comparacin de las caractersticas mecnicas de los tipos de compresores usados ms frecuentemente en las plantas de proceso. La Tabla 2 describe las formas en que las condiciones de servicio influyen en el diseo mecnico de los compresores. Caractersticas de Eficiencia del Cabezal Capacidad Una comparacin general de las formas de las curvas caractersticas de cabezal (o relacin de presin) contra capacidad para los diferentes tipos de compresores se muestran en la Fig. 3. Las formas de las curvas son importantes en el diseo de sistemas de control, determinando las calibraciones de las vlvulas de seguridad; seleccionando el tamao del elemento motriz, etc. Detalles sobre las formas de las curvas de compresores axiales y centrfugos se incluyen en las Prcticas de Diseo (versin 1986), vol.VI, Sec. 11E y F Compresores Centrfugos y Compresores Axiales.

4.7

Tipos de Compresores para Servicio en VacoTipos Aplicables El trmino Bomba de Vaco se refiere a cualquier tipo de compresor con una presin de entrada por debajo de la atmosfrica. Para obtener una presin absoluta de entrada muy baja (altos vacos). Por ejemplo, por debajo del 13.5 KPa (4 pulg Hg) absoluta, se colocan en serie dos o ms bombas de vaco, con frecuencia de diferentes tipo. Por ejemplo, un equipo de bomba de vaco comercial consiste en un eyector trabajando con aire atmosfrico descargando a un compresor de anillo lquido. La Fig. 4 muestra los rangos de presin en que los diferentes tipos son aplicados. Caractersticas Especiales Los servicios al vaco tienen varias caractersticas significativamente diferentes de otros servicios de compresin, algunas son: 1. 2. Los compresores son fsicamente grandes para un flujo msico dado, debido a la baja densidad del gas a las condiciones de entrada a vaco. Silenciadores a la entrada, filtros y tuberas deben ser dimensionados holgadamente para cadas de presiones muy bajas debido al efecto significativo de la relacin de presin y el requerimiento de cabezal. Los sellos de ejes de los compresores tienen que prevenir la fuga de aire hacia la mquina, como tambin prevenir la fuga de gas a la atmsfera. La masa y la inercia de las partes movibles tienden a ser altas en relacin con la capacidad normal requerida por el elemento motriz, porque la baja densidad del gas origina que el requerimiento normal de potencia sea bajo. Frecuentemente se requiere sobredimensionar el elemento motriz a fin de proporcionar suficiente torque y as poder acelerar la unidad a mxima velocidad.

3. 4.

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Para los compresores reciprocantes, el enfriamiento de la chaqueta del cilindro tiende a ser poco efectivo en la remocin del calor de compresin, debido al bajo flujo msico de gas con respecto al flujo de agua de enfriamiento. El dimensionamiento del elemento motriz tiene que permitir mxima carga durante el perodo de evacuacin del sistema de arranque, este perodo tambin es conocido como bombeo disminuido o barrido inicial. A medida que disminuye la presin de entrada durante la evacuacin, el caballaje requerido alcanza un pico entre la condicin de entrada atmosfrica y la condicin de entrada de operacin. Esta caracterstica de potencia contra presin de entrada tiene que ser evaluada por el suplidor de bombas de vaco para determinar el tamao del elemento motriz mnimo permisible.

6.

El servicio de evacuacin para eyectores es cubierto en el documento MDP02J01 Eyectores Seleccin del Tipo de Compresor para Servicio en Vaco La seleccin del tipo de compresor para servicios en vaco es algo ms difcil que para otros servicios, ya que existe una amplia variedad de seleccin entre eyectores y varios tipos de compresores rotativos, reciprocantes y centrfugos. Los conjuntos de equipospaquetes normales estn comercialmente disponibles para varias capacidades y niveles de vaco. La seleccin final del tipo de compresor puede no ser prctica, antes de que sean solicitadas las propuestas completas al suplidor. El siguiente procedimiento se recomienda: 1. Use la Fig. 4 para determinar los tipos aplicables, basados en la presin de entrada. Para presiones de descarga mayores que la atmosfrica, seleccione los tipos de compresores aplicables, en base a la relacin de comparacin de presin. Elimine tipos inadecuados tcnicamente, por razones tales como: Compresores reciprocantes y los de labe director deslizante. No son adecuados donde el arrastre de lquido pueda ser posible. El vapor, la electricidad, o el agua de enfriamiento podran no estar disponibles en el sitio de instalacin. El requerimiento de capacidad puede estar fuera del rango factible para algunos tipos (ver grficos de Rango de Aplicacin). Una variacin grande en el peso molecular no es adecuada para compresores dinmicos. Caractersticas de ausencia de aceite podrn requerirse. Los eyectores multietapa no condensantes son ineficientes para servicios continuos.

2. a. b. c. d. e. f.

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Las caractersticas de cada tipo de compresor se presentan en detalle en las Prcticas de Diseo (versin 1986),vol. VII 11F hasta 11J. 3. a. b. c. Decida entre eyectores y compresores basandose en: Necesidades de confiabilidad y uso de auxiliares. Costos de inversin preliminar. Consumo de servicios y costos.

Los eyectores son muy confiables y tienen bajo costo inicial, pero las bombas mecnicas de vaco, son de 3 a 10 veces ms eficiente. 4. Si la seleccin no resulta obvia sobre esta base, haga una comparacin econmica detallada de inversin y costos de operacin de los tipos que sean aplicables.

4.8

Tipos de Compresores para Servicio de Aire de PlantaSeleccin del Tipo de Compresor: Debido a la amplia variedad para elegir, la tecnologa cambiante y la gran competencia entre los tipos de compresores, usualmente resulta ms ventajoso hacer la seleccin final del tipo de compresor para servicio de aire de planta durante la ingeniera de detalle, basndose en las propuestas comerciales competentes, en vez de hacerlo durante la fase de diseo de planta. Vea los grficos de Rango de Aplicacin para determinar los tipos ms propensos a ser competitivos. Un tipo de compresor libre de aceite es preferido al reciprocante lubricado cuando cualquier porcin del aire comprimido sea usado como aire de instrumento, de tal manera que la limpieza del sistema de aire de instrumento de la planta no depende del mantenimiento y del rendimiento del equipo de remocin de aceite. Tipos Aplicables Los siguientes seis tipos de compresores compiten ahora para aplicaciones de servicios de planta y servicio de aire de instrumento (760 a 900 Kpa. baromtrica (110 a 130 psia)) de acuerdo a los rangos de capacidad comnmente necesitados para grandes refineras y plantas qumicas: 1. Reciprocantes Lubricados Este fue por mucho tiempo el tipo ms frecuente, hasta 1965. Los modelos estn bien desarrollados y altamente normalizados; la eficiencia y la confiabilidad son altas. Las desventajas son: Las facilidades para la remocin de aceite lubricante del pistn debern ubicarse en la parte de la descarga, cuando se alimente el sistema de distribucin de aire para instrumentos; este equipo requiere de un mantenimiento frecuente y no es por lo general completamente efectivo. Las paradas para mantenimiento de estos compresores son ms frecuentes que para los rotativos y centrfugos.

a.

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c. 2.

Los costos son elevados para flujos altos. Reciprocantes no Lubricados con Anillos de Presin de Tefln Los diseos de los materiales y las paredes de desgaste han mejorado a tal punto, que el requerimiento de mantenimiento de los modelos comerciales completamente desarrollados es moderadamente mayor que para los modelos reciprocantes lubricados convencionales. De Tornillo Helicoidal de Alta Presin Este tipo ha sido usado ampliamente en Europa para plantas y servicios de aire de proceso desde finales de la dcada del cincuenta . Los costos son bajos para capacidades altas; la operacin es libre de aceite. Unidad Paquete Centrfugo de Aire de Planta Este tipo es de multietapas y de velocidad muy alta. La mayora de los modelos usan carcazas separadas para cada impulsor, montadas sobre una caja de engranajes comn e impulsadas por multiples piones. El compresor viene en el paquete con un sistema de interenfriamiento preentubado. La mayora de los fabricantes de estos compresores tienen modelos comerciales con un gran nmero de instalaciones que van desde 0.85 m3/s (1800 pie3/m) hasta 7 m3/s (15000 pie3/min). Modelos para flujos mayores y menores se estn desarrollando actualmente. Las unidades son interenfriadas para lograr una eficiencia alta; ellas son de bajo costo para grandes volmenes; la operacin es libre de aceite. Los registros de confiabilidad no han alcanzado a los de los centrfugos de procesos convencionales.

3.

4.

5.

Centrfugos Interenfriados de Gran Volumen Son de carcaza sencilla dividida horizontalmente, de baja velocidad. Desarrollados en los aos cincuenta, para la compresin de baja potencia de grandes volmenes de aire en los servicios de proceso (licuefaccin, plantas de amonaco, etc.), pero aplicables y econmicos para servicios de aire de planta en refineras grandes. Reciprocante de Pistn Tipo Laberinto (Sulzer) Libre de aceite, de costo ms alto y eficiencia marginalmente ms baja que los de estilo no lubricados de anillo plstico; pero ms bajos en requerimientos de mantenimiento. El alto costo inicial es difcil de justificar para servicios de aire de planta, a pesar de los bajos requerimientos de mantenimiento.

6.

Prctica del uso de Auxiliares para Compresores de Aire de Planta Todos los tipos de compresores mencionados anteriormente a excepcin del tipo centrfugo interenfriador de gran volumen, requieren un mnimo de dos unidades iguales instaladas. El centrfugo interenfriador de gran volumen, requiere de un auxiliar parcial (con cualquier tipo de compresor) para cubrir las necesidades mnimas de aire de planta durante las paradas poco frecuentes para

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mantenimiento. Este grado de conservacionismos en compresores auxiliares de aire de planta se requiere a fin de proveer un suministro de aire continuo mientras el otro compresor este recibiendo mantenimiento. Esto permite que el mantenimiento de los compresores de aire de planta sea realizado mientras la planta est operando, en vez de realizarse durante las paradas de planta, cuando el consumo de aire de servicio puede estar a su mximo. Las refineras que son expandidas frecuentemente tendrn unidades compresores de aire colocadas en paralelo con las unidades originales. El dimensionamiento de las unidades incrementales esta basado en un mnimo de 100% de capacidad disponible con cualquier compresor parado.

5

GUIA PARA LA SELECCIONLos tipos de compresores usados en la industria son: Centrfugos, de flujo axial y reciprocantes. Los compresores rotatorios slo son usados en servicios especiales. A continuacin se presenta una gua para la seleccin del tipo de compresor basados en ventajas y desventajas, principios de operacin y limitaciones crticas de cada uno.

5.1

Incentivos para la Seleccin de CompresoresCompresores Centrfugos Aunque los compresores centrfugos ocasionalmente compiten con los compresores axiales y rotatorios, como tambin con los reciprocantes, los incentivos para la seleccin de este tipo de compresor puede ser usualmente relacionada a su principal o ms frecuente competidor: el compresor reciprocante. Las principales ventajas y desventajas con respecto a los reciprocantes pueden ser sintetizadas como sigue: Ventajas 1. Continuos y largos tiempos de funcionamiento (tpicamente 3 aos) son posibles con una alta confiabilidad, eliminando la necesidad de mltiples compresores y la instalacin de equipos de reserva. Por las mismas condiciones de operacin, los costos del equipo son bajos dado los altos flujos manejados. Los compresores centrfugos son pequeos y livianos con respecto a su capacidad de flujo, por lo que requieren poca rea para su instalacin. Los costos de instalacin son bajos debido a su pequeo tamao, ausencia de fuerzas recprocas y porque generalmente se requiere la instalacin de una sola unidad.

2. 3. 4.

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5. 6.

Costos ms bajos por atencin y por mantenimiento total. Cuando se selecciona una turbina a vapor como equipo motriz, los rangos de velocidad 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. El control de flujo es simple, continuo y eficiente en un amplio rango. No existe contaminacin con aceite lubricante del gas de proceso (o aire) como ocurre en el caso de los compresores reciprocantes. Caractersticas de flujo suave, sin pulsaciones de presin (por encima del punto de oleaje (surge)).

7. 8. 9.

Desventajas 1. Menor eficiencia (de 7 a 13%) que la mayora de los tipos de compresores de desplazamiento positivo al mismo flujo y relacin de presin, especialmente con relaciones de presiones mayor que 2. La operacin no es eficiente por debajo del punto de oleaje, puesto que la recirculacin es necesaria. La presin diferencial es sensible a los cambios en las propiedades del gas, especialmente en el peso molecular. Esto hace que el diseo de compresores sea muy crtico para corriente de gases con pesos moleculares variables debido a que este tipo de maquinaria tiene una definida limitacin de cabezal. Para gases con bajos pesos moleculares, la relacin de presin por etapa es baja, teniendo que requerirse un largo nmero de etapas por maquinaria, creando por tanto complejidad mecnica. Los modelos centrfugos convencionales generalmente no estn disponibles para manejo de flujos a condiciones de descarga bajo 0.15 m3/s (300 pie3/min), real.

2. 3.

4.

5.

Compresores Axiales Los compresores axiales compiten directamente con los centrfugos en el rango de 24 a 90 m3/s real (50000 a 190000 pie3/min real). Usualmente, es necesario una comparacin econmica especfica en dicho rango, por debajo de 33 m3/s real (70000 pie3/min real) el compresor centrfugo es ms atractivo, por encima de 61 m3/s real (130000 pie3/min real), el axial es ms atractivo desde el punto de vista econmico y de experiencia de diseo. Los resultados tienden a depender de las circunstancias especficas del caso, ms que de comparaciones generalizadas de los dos tipos de equipo. La siguiente lista de ventajas y desventajas generales pretende servir de gua para el estudio de cada caso:

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Ventajas 1. Capacidades muy altas de flujo por cada compresor: de 140 a 190 m3/s real (300000 a 400000 pie3/min real). Por encima de los 61 m3/s real (130000 pie3/min real) ms diseos de compresores axiales que centrfugos estn disponibles. La eficiencia puede ser hasta 10% mayor que la de los centrfugos, resultando en menor consumo energtico, al igual que el motor o turbina y un sistema de suministro de servicios ms pequeos. Menor tamao fsico y menor peso que los centrfugos, permitiendo menores costos de instalacin; por ejemplo, menor tamao del resguardo techado, gras ms pequeas, menos espacio requerido, fundaciones menores, menores esfuerzos de manejo e instalacin, etc. Si se mueve con una turbina de gas o vapor, la mayor velocidad usualmente permite acoplamiento directo (sin caja reductora) y diseos eficientes de turbina. El diseo de rotor y carcaza puede proveer flexibilidad para hacer modificaciones menores de comportamiento de manera un poco ms conveniente (agregando, quitando o cambiando etapas y ajustando los ngulos de los labes del estator) que en los compresores centrfugos. Mayor relacin de compresin por carcaza debido a mayor eficiencia, segn la limitacin de temperatura de descarga. Ms fciles de operar en paralelo con compresores de cualquier tipo que los centrfugos, debido a su empinada curva cabezalcapacidad.

2.

3.

4.

5.

6. 7.

Desventajas 1. Rango ms estrecho de flujo para operacin estable, especialmente con impulso de velocidad constante, a menos que se use un costoso diseo de labes de estator de ngulo variable. Los sistemas de control de flujo y los controles de proteccin antioleaje son ms complejos y costosos que para los centrfugos. El control antioleaje debe ser muy confiable, pues el oleaje puede daar un compresor axial muy rpidamente. El deterioro de su desempeo debido a ensuciamiento en la ruta del gas y a erosin es ms severo que en los centrfugos. Esto requiere mayor filtracin en la succin y hace a los compresores axiales no aptos para corridas continuas largas en servicios sujetos a ensuciamiento. Los daos por objetos extraos succionados tienden a ser ms extensos que en los centrfugos.

2.

3.

4.

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5.

Hasta el presente, los modelos desarrollados para la utilizacin en procesos tienen generalmente un lmite de presin ms bajo que los centrfugos (sin embargo, los axiales tienen el potencial para ser desarrollado para niveles de presin por lo menos tan altos como los de los centrfugos). La experiencia en servicios diferentes al del aire es muy limitada hasta la fecha, haciendo difcil la justificacin de su utilizacin para un nuevo gas. Si se considera necesario un rotor completo de repuesto para el axial en lugar de un juego de labes sueltos del rotor, el costo de los repuestos principales (incluyendo los labes de estator) tiende a ser mayor en el axial que en el centrfugo, aproximadamente 37 a 43% del precio base del equipo vs. 26 a 32% para el centrfugo. Si, por otra parte, se compran etapas sueltas del rotor como repuestos para el axial en lugar de un rotor completo, el costo del rotor de repuesto, y los labes del estator totalizar slo de 19 a 24% del costo base del axial, con una ventaja neta sobre el centrfugo. Niveles de ruido ms altos que el centrfugo, requiriendo tratamiento acstico ms extensivo y severo.

6. 7.

8.

Compresores Reciprocantes Los compresores reciprocantes compiten con el resto de los compresores excepto con los compresores centrfugos y axiales a flujos muy grandes. Sus principales ventajas y desventajas son las siguientes: Ventajas 1. 2. 3. 4. 5. Disponible para capacidades por debajo del rango de flujo econmico de los compresores centrfugos. Son econmicos para altos cabezales tpicos de gases de servicio de bajo peso molecular. Disponibles para altas presiones; casi siempre son usados para presiones de descarga por encima de 25000 KPa man. (3500 psig). Son mucho menos sensitivos a la composicin de los gases y a sus propiedades cambiantes que los compresores dinmicos Apropiado para cambios escalonados de flujo de 0 a 100%, a travs del espacio muerto y las vlvulas de descarga con un mnimo desgaste de potencia a bajos flujos. La eficiencia total es mayor que la de los compresores centrfugos para una relacin de presiones mayor que 2. La intensidad del flujo cambia para los diferentes niveles de presin de descarga.

6. 7.

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8.

Presentan una temperatura de descarga menor que los compresores centrfugos debido a su alta eficiencia y a su sistema encamisado de enfriamiento. Son mucho menos sensitivos a desalineamiento en el acoplador y a esfuerzos en la tubera que los compresores centrfugos, axiales y rotatorios, los cuales operan a velocidades de rotacin mayores.

9.

Desventajas 1. 2. 3. 4. Fundaciones mucho ms grande para eliminar las altas vibraciones debido a las fuerzas reciprocantes. En servicios continuos, se requieren mltiples unidades para impedir paradas de planta debido al mantenimiento de compresores. Los costos de mantenimiento son de 2 a 3 veces mayores que los costos para compresores centrfugos. El potencial de funcionamiento continuo es mucho ms corto que el de los compresores centrfugos, la frecuencia de paradas es mucho mayor, debido a fallas en las vlvulas. Los compresores reciprocantes son sensitivos al arrastre de slidos, debido a la friccin presente de las diferentes partes del equipo. Las mquinas lubricadas son sensitivas al arrastre de lquido, debido a la destruccin de la pelcula lubricante. Es necesario un rea de ubicacin mayor que la utilizada por los compresores de tipo rotatorio y centrfugo. Las mquinas lubricadas inyectan aceite de lubricacin en la corriente de gas; mientras que las mquinas no lubricadas requieren el cambio frecuente de partes desgastadas. Comparado con otros tipos de compresores se requiere una inspeccin ms continua, debido a la susceptibilidad a fallar en las vlvulas y en el sistema de lubricacin.

5. 6. 7. 8.

9.

5.2

Principios de OperacinCompresores Centrfugos Los compresores centrfugos generan un cabezal de descarga por desarrollar altas velocidades del gas en un impulsor centrfugo, convirtiendo una porcin de esta velocidad en presin en el impulsor y completando la conversin en el pasaje del difusor, este modo de operacin clasifica el equipo como un compresor dinmico. Los compresores y ventiladores centrfugos desarrollan la ms alta

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velocidad en un plano perpendicular al eje, mientras que los compresores y ventiladores axiales, los cuales tambin pueden operar segn el principio dinmico, desarrollan velocidad en la misma direccin del eje. La cantidad de energa que un compresor es capaz de impartir a cada unidad de masa de gas es limitada por la velocidad perifrica de los labes del impulsor. De esta manera el compresor centrfugo tiene un mximo cabezal de capacidad, siendo limitado por la velocidad giratoria del rotor, la cual a su vez es limitada por el esfuerzo permisible del impulsor. Para permitir la operacin de impulsores sometidos a esfuerzos que pueden llegar tan alto como 400 a 590 MPa (60000 a 85000 psi) se utilizan aceros de alta dureza en la fabricacin de stos. Compresores Axiales Los compresores axiales son mquinas dinmicas por cuanto desarrollan presin acelerando el gas y convirtiendo (por difusin) la alta velocidad resultante en presin. Mientras el compresor centrfugo (que tambin es una mquina de tipo dinmico) desarrolla velocidad por medio de fuerza centrfuga, con flujo en la direccin radial, el axial emplea labes especialmente construidos para forzar el flujo en una direccin predominantemente axial. La energa es transmitida al gas usando los labes del rotor para incrementar el impulso en la direccin tangencial. La funcin primaria de los labes del estator es redireccionar el flujo de una hilera de labes rotatorios hacia la siguiente con un ngulo eficiente. La conversin de velocidad a presin (difusin) es compartida entre los labes rotatorios y los labes estacionarios en la mayora de los diseos de compresores comerciales. Mquinas de una sola etapa que aplican este principio de diseo son llamados sopladores axiales de aspas. Las versiones multietapas son llamados compresores axiales. Pueden ensamblarse hasta 17 etapas en una sola carcaza, con colocacin alternada de labes rotatorios y estacionarios. Los compresores axiales son enfriados slo por radiacin superficial nominal, y este efecto menor es usualmente anulado por el aislamiento acstico. Los compresores axiales tienen volutas grandes y de baja velocidad en los extremos de entrada y de descarga para permitir el flujo en direccin axial hacia y desde el rotor, as como para minimizar disturbios de flujo en cada extremo del rotor, manteniendo bajas las cadas de presin en las boquillas. La velocidad del gas entrando a los labes de la primera etapa es tpicamente dos veces la velocidad comparable del gas a la entrada de la primera etapa impulsora de un compresor centrfugo, en el orden de 120 a 150 m/s (400 a 500 pie/s). Esto resulta en una reduccin de presin esttica tan significativa en el plano donde el gas entra al rotor que la presin diferencial entre ese plano y la brida de entrada provee un medio bastante preciso para la medicin de flujo, una vez efectuada una calibracin adecuada.

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Compresores Reciprocantes Los compresores reciprocantes son mquinas de desplazamiento positivo los cuales operan mediante una reduccin positiva de un cierto volumen de gas atrapado dentro del cilindro mediante un movimiento reciprocante del pistn. La reduccin en volumen origina un alza en la presin hasta que la misma alcanza la presin de descarga; y ocasiona el desplazamiento del fluido a travs de la vlvula de descarga del cilindro. El cilindro est provisto de vlvulas las cuales operan automticamente por diferenciales de presin, al igual que vlvulas de retencin (check valves), para admitir y descargar gas. La vlvula de admisin abre cuando el movimiento del pistn ha reducido la presin por debajo de la presin de entrada en la lnea. La vlvula de descarga se cierra cuando la presin acumulada en el cilindro deja de exceder la presin en la lnea de descarga luego de completar el golpe de descarga, previniendo de esta manera el flujo en sentido reverso. La teora de compresin en el cilindro de compresores reciprocantes es tratada ms a fondo en los libros tcnicos. Refirase a Compressed Air Gas Data para un resumen ms detallado.

5.3

Limitaciones CrticasCompresores Centrfugos Temperatura de Descarga La temperatura permitida de descarga de los compresores centrfugos est limitada de las siguientes maneras: Temperatura permitida de descarga: 1. Consideraciones de Proceso Debido a que el funcionamiento del compresor centrfugo es sensible a las restricciones de flujo, el ensuciamiento por polimerizacin se debe evitar. Esto limita la temperatura permitida a 120C (250F) en la descarga a aquellas corrientes ricas en diolefinas y olefinas. Limitaciones del Material El hierro fundido, el cual se emplea normalmente en carcazas de baja presin, limita la temperatura del compresor a 230C (450F). El plomo se usa en algunos compresores centrfugos en los laberintos opuestos del pistn de balance, limitando as la mquina a ms o menos 195C (380F). Limitaciones Estructurales Las formas complejas de carcazas usadas en modelos de compresores centrfugos para servicios de volumen alto, presin baja y boquillas mltiples tienden a distorsionar excesivamente cuando estn expuestos a gradiente de temperatura mayor de 175C (350F). Las tolerancias muy pequeas, radiales y axiales, que se requieren para alta eficiencia son adversamente afectadas por las distorsiones de la carcaza.

2.

3.

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Los diseos especiales de compresores centrfugos estn disponibles para temperaturas a la descarga tan altas como 425 a 540C (800 a 1000F). Para servicios de regeneracin en caliente hasta 260C (500F), se usan comnmente construcciones de etapa simple suspendida con modificaciones solo a los sellos de ejes y se han aplicado para servicios mayores de 425C (800F). Temperatura de Entrada Temperaturas de entrada tan bajas como 115C (175F) pueden ser manejadas por diseos convencionales con la seleccin de materiales adecuados. Para servicios de ms bajas temperaturas, debe consultarse a especialistas. Presin de Descarga Los diseos de compresores centrfugos estn disponibles comercialmente para presiones de descarga de 38000 kPa man. (5500 psig), y estn siendo desarrollados para presiones de 48000 a 62000 kPa man. (7000 a 9000 psig). Cabezal Muchos de los diseos de compresores centrfugos se limitan de 8 a 9 impulsores por carcaza. Unos pocos diseos comerciales pueden acomodar 10, 11 12 etapas. El cabezal que cada etapa del compresor puede desarrollar es tpicamente de 3000 m (10000 pie) para gases cuyos pesos moleculares estn en el rango del aire, 2600 m (8500 pie) para gases con M = 55 y 3500 m (11500 pie) para gases con M = 5. El cabezal promedio por etapa es usualmente menor que el mximo cabezal desarrollado por etapa. El cabezal total por carcaza rara vez excede los 30000 m (100000 pie). Muchos modelos tienen limitaciones muy por debajo de este nivel. Los compresores de etapa simple y alta velocidad se pueden especificar para cabezales tan altos como 8500 m (28000 pie). Las etapas de los compresores centrfugos, paquetes que manejan aire de planta, alcanza de 6100 a 6700 m/etapa (20000 a 22000 pie / etapa). Los impulsores especiales de alto desempeo que se utilizan en compresores multietapas desarrollan cabezales tan altos como 5200 m (17000 pie). Flujo Volumtrico a la Entrada El mnimo para mquinas convencionales est cercano a 0.17 m3/s (350 pie3/min) real para gases limpios y 0.24 m3/s (500 pie3/min) real para gases sucios. El mximo de unos pocos fabricantes est en el rango de 71 a 90 m3/s (150000 a 190000 pi3/min) para el aire y cerca de la mitad de este nivel para gases. Este nivel ha sido alcanzado por arreglos tanto de flujo sencillo como de flujo doble. Flujo Volumtrico a la Descarga El mnimo es ligeramente ms bajo que la limitacin a la entrada, tpicamente entre 0.14 y 0.19 m3/s (300 a 400 pie3/min) real, actuando a condiciones de descarga. El mximo no es significante. Sensibilidad Mecnica Los compresores centrfugos son especialmente sensibles a las siguientes condiciones mecnicas: 1. Deficiencia de aceite lubricante en los cojinetes.

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2. 3. 4. 5.

Sucio en el aceite lubricante. Desalineacin del acoplamiento. Desbalanceo del rotor debido a cuerpos extraos que se alojan en el impulsor o por prdida irregular de metal en los impulsores. Lquido entrampado.

Compresores Reciprocantes Sensitividad a los Lquidos Los compresores reciprocantes estn especialmente propensos a daarse por lquidos en la corriente de gas. Ver Captulo PDVSAMDP02K02 Principiuos Bsicos, Lquidos en Corrientes Gaseosas. El arrastre de lquido en forma de neblina tiende a quitar la pelcula lubricante en el cilindro y en los anillos del pistn, acortando por consiguiente drsticamente la vida de servicio entre paradas. Una gota de lquido llevada dentro del compresor a travs de la boquilla de entrada, puede ser extremadamente peligroso debido a que sta es no comprimible; muchas de las explosiones e incendios han ocurrido por la rotura de cilindros. Cilindros de compresores horizontales deben tener descargas en el tope y en la parte inferior de la succin cuando el gas que se maneja es saturado, segn API Standar 618, de tal manera que cualquier lquido que entre sea drenado en la menor oportunidad posible para evitar acumulacin de depsitos. Limitaciones en la Relacin de Compresin En general la relacin de presin en compresores de aire de una sola etapa est limitada entre 4.4 y 5.0 a presiones relativamente bajas, y de 2 a 2.5 en la succin para presiones por encima de 7000 KPa (1000 psig). La relacin de compresin est limitada por el diseo mecnico del compresor; es decir la mxima carga que un brazo puede llevar debido al diferencial de presin que actua en el pistn y por la baja eficiencia volumtrica que acompaan los aumentos en la relacin de compresin. Tambin, una alta relacin de compresin est normalmente acompaada por un incremento grande de temperatura, el cual puede causar problemas de lubricacin. Como una excepcin al criterio arriba indicado los compresores de una sola etapa, de bajo costo, hasta 75 Kw (100 HP), son usados para cocientes de compresin tan altos como 7.8 (700 KPa man. (100 psig) de descarga), aunque las altas temperaturas y los diferenciales de presin llevan a factores de servicio ms bajos en este tipo de equipos. Estos altos cocientes no deben ser especificados cuando el servicio es continuo y se requiere un alto grado de confiabilidad; etapas adicionales deben agregarse para reducir la relacin de compresin por etapa. Limitaciones en la Temperatura de Descarga Ver la Tabla 3, donde se indican las temperaturas de descarga permitidas para compresores reciprocantes para varios gases y diseos. Los factores que limitan la temperatura de descarga en compresores reciprocantes son:

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1.

En todos los compresores lubricados, el mantenimiento de una adecuada viscosidad en la pelcula lubricante y la prevencin de la degradacin del aceite lubricante en depsitos de coque. En aire y otros servicios ricos en oxgeno, la prevencin de la ignicin de depsitos de aceite lubricante en el sistema de descarga. En servicios de bajo peso molecular, un valor de diseo conservador debe usarse para permitir compensacin por el deterioro debido a la inevitable fuga en vlvulas y paso de gases de combustin al pistn. En servicios de alta presin de polietileno, prevencin de polimerizacin de los gases. Cilindros fundidos en compresores registrados para presiones superiores a 2100 kPa man. (300 psig) y todos los cilindros forjados los cuales tienen paredes y recubrimientos gruesos, por consiguiente un enfriamiento muy pobre del aceite lubricante, requieren por lo tanto lmites de temperatura de descarga ms bajos. La temperatura de descarga de compresores no lubricados y con sellos de tefln, est limitada por el tefln el cual esta expuesto al calor generado por la friccin al mismo tiempo que al calor generado por la compresin.

2. 3.

4. 5.

6.

Pequeos compresores reciprocantes (potencias por debajo de 75 hasta 115 kW (100 a 150 HP)), dimetro de cilindro 300 mm (12 pulg) producen temperaturas de descarga por debajo de la isentrpica debido al alto cociente de enfriamiento de la superficie, al flujo de enfriamiento y al flujo de la masa de gas. Por consiguiente los mismos son aplicados a los valores de temperatura de descarga isentrpicos por encima del valor de temperatura de descarga permitido. Se recomienda consultar al especialista en la maquinaria. Donde existe alarmas indicadoras de temperaturas de descarga, las mismas deben ser calibradas a 14C (25F) ms que la temperatura de descarga normal (real) para iniciar la investigacin. Un incremento de 22C (40F) sobre lo normal garantiza una parada para inspeccin interna. Diseo de Etapas para Limitar la Temperatura de Descarga Gran parte del enfriamiento del gas en un cilindro de un compresor reciprocante enfriado se realiza a medida que el gas fluye hacia afuera, a travs de la cmara de la vlvula de descarga, en la va hacia la boquilla de descarga luego de que el tiempo de compresin es completado. (Esta es la razn por la cual el enfriamiento tiene slo un efecto muy pequeo en el desempeo del compresor). La temperatura pico alcanzada por el gas (y la mxima temperatura a la cual est expuesta la pelcula lubricante) es por consiguiente mucho ms grande que la que se pueda medir a la descarga.

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La temperatura a la cual hay un efecto adverso en el desgaste del cilindro, debido a la reduccin en la viscosidad del lubricante, es la verdadera temperatura pico, en lugar del estimado isentrpico de la temperatura de descarga, a la temperatura a la que el gas sale de la boquilla de descarga. Por consiguiente, cuando existe una condicin que tiende a colocar la temperatura de descarga significativamente ms alta que la temperatura isentrpica de descarga, o la temperatura pico del cilindro significativamente mayor que la temperatura de descarga de la boquilla, debe ponerse un especial cuidado en la realizacin del diseo de las etapas. Las pruebas del suplidor, y las experiencias de servicio son los recursos ms preciados para datos sobre funcionamiento y recomendaciones para el diseo de las etapas para el manejo de servicios donde el punto de temperatura de descarga es crtico. Limitaciones en la Temperatura de Entrada La mnima temperatura permisible para cilindros de hierro gris fundido es 45C (50F). La resistencia al impacto del hierro fundido no cambia con bajas temperaturas. La temperatura ms baja para compresores lubricados es de 48 C (55F). El aceite lubricante debe ser seleccionado muy cuidadosamente para temperaturas de entrada bajo cero. Se requieren compresores no lubricados en el caso de que la temperatura de succin se encuentre por debajo de 48 C (55F), o si el aceite lubricante no se tolera en el gas. El uso de compresores no lubricados para gases se debe evitar (especialmente gases secos e inertes) cuando sea posible, ya que los requerimientos de mantenimiento son casi el doble que para las mquinas lubricadas. Para temperaturas de entrada por debajo de 15C (60F), la temperatura mnima de entrada debe ser especificada en el diseo. Caractersticas de Servicio Ver Prcticas de Diseo (versin 1986), vol. VI, Secc. 11C para datos sobre el tiempo de trabajo o tiempo entre paradas, practicas de disponibilidad, costos de mantenimiento, y factores de utilidad.

6

PROGRAMA DE COMPUTACIONINTEVEP, S.A dispone de un programa que permite la seleccin de compresores centrfugos, reciprocantes o axiales basado en la presin de descarga y el flujo que manejan. Este programa se encuentra disponible en la base de clculo Procalc.

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TABLA 1. CARACTERISTICAS MECANICAS DE LOS TIPOS PRINCIPALES DE COMPRESORESVelocidad de rotacin Rev/min (Rev/s) Relacin de presin o limitacin de cabezal por etapa de compresin Rango comn de eficiencia de comprensin Rango Rendicomn de miento eficiencia total mecnica Sensibilidad relativa a ensuciamiento y particulas de solidos niveles de generacin de ruido relativo Sensibilidad relativa al contenido de humedad Requerimientos relativos de mantenimiento

Tipo Com presores

Centrifugo Convencional Alta Velocidad, Bajo flujo Axial Ventilador Axial Tipo Intercambiador de calor Ventilador centrifugo Reciprocante Lubricado No Lubricado Diafragma Rotatorio Tornillo Helicoidal de alta Presin Tornillo Helicoidal de baja Presin Tornillo espiral de baja presin Lbulo Recto Alabe Directo Deslizante Anillo Lquido 4501800 (730) 35009000 (60150) 17503500 (3060) 16004500 (2575) r=4a5 0.740.78 0.700.78 (Aumenta a medida que r decrece) 0.7 0.660.70 0.90 0.96 Bajo Muy alto Bajo Media 3001000 (515) r=5 0.750.90 0.750.90 0.95 0.94 Alta Muy alta Alta Bajo Bajo Bajo Muy alta Alta Bajo Alto muy alto alto 300018000 (50300) 15000 33000 (50170) 300010000 (50170) 40000 m 8500 m 0.700.80 0.450.60 0.99 0.96 (Incluye engranaje) 0.99 Media Muy alta Alto Muy alta Media Muy alta Bajo Muy alta

23000 m

0.750.85

Alta

Muy alto

Alta

Bajo

150750 (2.512) 6003600 (1060)

0.25 kpa

0.300.50 (Esttico) 0.500.90 (Esttico)

Baja

Medio (atenuacin impractica) Alto

Baja

Medio

7.5 kpa

Media

Bajo

Medio

r=2a3

0.95

Media

Alto

Media

Medio

r = 30 r = 1.7 r = 4.4 r = 2.5 Diseo especial para servicio de aire (r=8.0)

0.95 0.95 0.95

Media Media Muy alta

Alto Alto Alto

Media Media Muy alta

Medio Medio Muy alto

2003500 (360)

0.350.50

Baja

Medio

Ninguna

Medio

NOTA:Factores de conversin de m a pie, multiplique por 3.2808 de kpa a pulg H2O multiplique por 4.0161.

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TABLA 2. SIGNIFICADO DE LOS PARAMETROS DE RENDIMIENTO EN EL DISEO DE MAQUINAS COMPRESORASParmetro Velocidad de flujo volumtrico Compresores Dinmicos Dimensionamiento de cacaza y boquilla, seleccin de impulsor Compresores Reciprocantes Dimetro interior del cilindro, recorrido y velocidad, volumen de espacio muerto provisto; dimensionamiento de vlvula Compresores Rotatorios Tamao del rotor, velocidad

Presin de Entrada

Diseo del sistema de sellado de eje

Diseo de vlvula; factibilidad Diseo de sistema de de vlvulas des cargadoras a sellado de eje la entrada y cavidades de espacio muerto accionadas por vstagos de vlvulas Tensin del vstago del pistn Empuje axial, longitud de tornillo doblamiento de rotores

Aumento de Carga del cojinete de Presin empuje Presin de Descarga Estilo de conexin de la descarga, clasificacin de boquillas Nmero de etapas. Dimetro de rotor, velocidad

Material de cilindro y mtodos Seleccin entre varios tipos rotativos de fabricacin; diseo del empaque del vstago del pistn No significativo No significativo

Cabezal

Temperatura Fuerzas resultantes sobre de tuberas y momentos sobre Descarga boquillas; juegos internos; arreglos para conservar la alineacin de acoplamiento; distorsin de carcazas de forma irregular

Mantenimiento de la pelcula lubricante; tendencia del lubricante a la formacin de Coque y a la combustin; mantenimiento del espacio muerto adecuado entre el pistn y el cilindro con caractersticas de expansin trmica diferente Clasificacin del bastidor (Carter) La propulsin de motores a gas permite la construccin integral; la propulsin del motor permite montaje del rotor del motor directamente sobre una extensin del cigeal

Juegos de punta del rotor; necesidad para enfriamiento del rotor

Requerimie nto de Potencia Tipo de Accionador

Dimetro de eje

Clasificacin de bastidores estandard La propulsin de la turbina normalmente permite la propulsin directa; la velocidad ptima de la turbina puede influir en la optimizacin de: velocidad / dimetro de rotor del compresor

El accionamiento de turbina normalmente permite pulsin directa; la velocidad ptima de turbina puede influenciar la optimizacin de velocidad / dimetro / etapas del compresor

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TABLA 3. TEMPERATURAS DE DESCARGA PERMISIBLES PARA COMPRESORES RECIPROCANTES (1)Presin de Descarga(6) Mtodo de Lubricacin Temperatura de Descarga Permitida C (7) Mxima (2) < 2100 kPa > 2100 kPa < 2100 kPa < 7000 kPa cualquiera cualquiera > 140000 kPa aceite de hidrocarburo aceite de hidrocarburo aceite sinttico no lubricado aceite de hidrocarburo aceite de hidrocarburo aceite de hidrocarburo 175 160 (5) 190 200 (4) 150 150 120 Simple prediccin Isentrpica (3) 160 150 (5) 175 135 135

Gas

aire Aire Aire Cualquiera Hidrgeno rico M 15 Gas Sntesis amonaco Etileno

NOTAS:1. Por encima de 75 KW (100 HP), compresores por debajo de 75 KW (100 HP) requieren atencin especial, se debern utilizar los consejos del suplidor. 2. Real, en una situacin de operacin; o prediccin basada en el trabajo de enfriamiento del modelo especfico del cilindro, si los datos estn disponibles; o la prediccin isentrpica, usando el cociente total de presiones, incluyendo las prdidas de presin en las vlvulas (asumiendo que los detalles de diseo de la mquina estn disponibles). 3. Excluyendo las prdidas permitidas en vlvulas. 4. Ver el contenido del texto en lo referente a limitaciones en el diseo de anillos de tefln para compresores. 5. 14C (25F) menos para cilindros de acero forjado, debido al deficiente enfriamiento de las paredes del cilindro. 6. Para convertir KPa en psig, multiplique por el factor 0.14504. 7. Para convertir C a F = C x 1.8 + 32

COMPRESORES

MECANICOS

EYECTORES

EYECTORES DE VACIO MAYOR QUE LA ATMOSFERICA)

.Men Principal

COMPRESORES TERMICOS (PRESION DE SUCCION

PDVSA

DINAMICO

DESPLAZAMIENTO POSITIVO

CENTRIFUGOS (FLUJO RADIAL) ROTATORIOS

FLUJO MEZCLADO (UNA SOLA ETAPA)(2) AXIAL

RECIPROCANTES

MULTIETAPA UN SOLO ROTOR DOS ROTORES ACCION DIRECTA DIAFRAGMA

VENTILADORES DE UNA SOLA ETAPA

TIPO DE PROPELA PISTON (ROTORES AXIALES DE LOBULOS)

TIPO DE ALABE AXIAL ANILLO DE LIQUIDO ( o PISTON DE LIQUIDO) TIPO LOBULAR (RAICES) TORNILLO

VENA DESLIZANTE

EMBOLO BUZO (DE UNA SOLA ACCION)

Indice manual

CARCAZA CON DIVISION HORIZONT AL ESPIRAL AXIAL (FILETE DE BORDE HELICOIDAL CUADRADO)

CARCAZA CON DIVISION VERTICAL

VENTILADORES CENTRIFUGOS

ALTA VELOCIDAD

LUBRICADO *

NO LUBRICADO

UNA SOLA ETAPA ENGRANAJE INTEGRAL)

TIPO MULTIETAPA (ROTOR MULTIPLE/

UNA SOLA ETAPA (DOBLE SUCCION)

MULTIETAPA

UNA SOLA ETAPA

TIPO MULTIETAPA DOBLE CARCAZA (BARRIL)

ALTA PRESION * (DE 40000 A 70000 kPa man (570 A 1000 psig)

EXTREMADA ALTA PRESION DE 350000 A 700000 kPa man (50000 A 100000 psig)

MANUAL DE DISEO DE PROCESO

SELECCION DEL TIPO DE COMPRESORIndice volumen

TIPO TUBERIA HACIA ADELANTE

TIPO EN VOLADIZO

ALABES INCLINADOS TIPO

HACIA ATRAS

ALABES RADIALES ALABES INCLINADOS 24 ETAPAS

PAQUETE TIPO PLANTA DE AIRE

BAJA PRESION * (ROTORES FUNDIDOS) (HASTA 100 kPa man 15 psig)

ALTA PRESION (ROTORES FUNDIDOS) (PERFIL DEL ROTOR SRM) (HASTA 1725 kP man) (250 psig)

Fig 1. CLASIFICACION DE LOS TIPOS DE COMPRESORES(1)

DE PROCESO

REVISION

0

NOTAS:

Indice norma

(1) UN ASTERISCO (*), INDICA LOS TIPOS MAS FRECUENTEMENTE USADOS EN LAS PLANTAS DE PROCESOS.

PDVSA MDP02K03

Pgina 26

FECHA

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(2) CONFIGURACION DE LA CARCAZA COMO EN LOS CENTRIFUGOS

MANUAL DE DISEO DE PROCESO

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PDVSA.Men Principal

SELECCION DEL TIPO DE COMPRESORIndice manual Indice volumen

0

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Fig 2. GRAFICOS DE RANGOS DE APLICACION DE COMPRESORES CENTRIFUGOS ROTATIVOS Y DE PAQUETES

Pie3/min

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0

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Fig. 2 (cont.) GRAFICOS DE RANGOS DE APLICACION DE COMPRESORES CENTRIFUGOS ROTATIVOS Y DE PAQUETES

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0

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Fig. 2 (cont.) GRAFICOS DE RANGOS DE APLICACION DE COMPRESORES Y VENTILADORES CENTRIFUGOS DE DIAFRAGMAS Y CONVENCIONALESPie3/min

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0

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Fig. 2 (cont.) GRAFICOS DE RANGOS DE APLICACION DE COMPRESORES CENTRIFUGOS DE ALTA VELOCIDAD AXIALES Y RECIPROCANTES

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0

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Fig 3. COMPARACION DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS DE CABEZAL / CAPACIDAD DE LOS TIPOS PRINCIPALES DE COMPRESORES

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SELECCION DEL TIPO DE COMPRESORIndice manual Indice volumen

0

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Fig 4. RANGO DE APLICACION DE VARIOS TIPOS DE BOMBAS DE VACIO