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UNIVERSIDAD EXPERIMENTAL RAFAEL MARIA BARALT ASIGNATURA: EQUIPOS DE PROCESO II

REALIZADO POR: PROF. ROMAN LIRA

MARACAIBO, MAYO DE 2007

Compresores Reciprocantes

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NDICE GENERAL Pg. NDICE GENERAL..................... INTRODUCCIN.......................................................................................... 1. COMPRESORES...................................................................................... 2. SELECCIN DEL COMPRESOR 3. COMPRESOR RECIPROCANTE 3.1 TIPOS DE COMPRESORES RECIPROCANTES. 3.2. COMPARACION ENTRE COMPRESORES RECIPROCANTES Y CENTRIFUGOS.. 3.3. PARTES DEL COMPRESOR RECIPROCANTE 3.4. EQUIPOS DE PROCESO QUE CONFORMAN UN COMP. RECIPROCANTE 3.5. DESCRIPCION DEL PROCESO DE COMPRESIN. 3.6. SIST. PARA LA OPERACIN CONTROLADA DE UN COMP. RECIPROCANTE. 3.7. PROCEDIMIENTO PARA ESPECIFICAR UN COMPRESOR RECIPROCANTE. 3.7.1. Nmero de Etapas de Compresin. 3.7.2. Potencia Requerida para la Compresin.. 3.7.3. Diseo del Cilindro de Compresin. 3.7.4. Cargas en las Barras del Compresor.. 4. EJEMPLO CONCLUSIONES. BIBLIOGRAFA ANEXOS. i ii 3 4 6 7 9 10 13 15 16 17 18 20 25 26 27 iii v vii


ii

INTRODUCCIN La produccin de gas natural en Venezuela, desempea un papel de importante dentro del marco energtico, su utilizacin est alrededor de un 96% en actividades relacionadas con: produccin de petrleo, generacin elctrica, materia prima en diversos procesos petroqumicos y como combustible en los sectores industrial, comercio y domestico. Su utilizacin para estos fines, generalmente requiere el incremento de presin a niveles mayores a la presin de produccin, para transportalo por tuberas a los sitios donde se realizar su transformacin final. El uso de este recurso contina incrementndose aun ms en el mediano y largo plazo. En el ao 1991 los sectores industriales, petroqumico, elctrico y domestico utilizaron 411.769 MMPCED, equivalentes a 194.000 Barriles de petrleo por da; lo cual, permiti liberar considerables volmenes de combustibles lquidos para la exportacin. Actualmente, la produccin de gas natural, alcanza aproximadamente 6.500 MMPCED y la mayor parte es enviado a plantas compresoras para ser comprimido. La presin de salida de la planta depende del uso y destino que tendr el gas; si este va a ser utilizado para inyeccin en los yacimientos con fines de extraccin, es necesario que su presin se eleve por el orden de 4000 Psig. El gas enviado a centros de consumo o plantas de remocin de lquidos se comprime hasta el orden de 1000 Psig. Para el ao 2001, la industria petrolera operaba 180 plantas de gas con 540 unidades compresoras que representaban unos 2.1 MMBHP de potencia instalada y esta infraestructura tena la capacidad de manejar hasta 8.5 MMPCED. En una planta compresora la seleccin del equipo de compresin juega un papel muy importante en la operatividad y aprovechamiento de la instalacin; los compresores reciprocantes, son compresores de desplazamiento positivo de gran utilidad, debido a que poseen mayor flexibilidad operacional que un compresor centrfugo; y por esto pueden denominarse compresores de carga variable; a pesar de manejar menores flujos de gas, pueden alcanzar altas presiones y en muchos casos con un cambio en la velocidad de giro, dimetro del cilindro o ajuste de bolsillos (revamping) se ajustan a nuevas condiciones de operacin de la instalacin. La siguiente investigacin, muestra la informacin bsica sobre equipos de compresin reciprocantes; as como tambin, los tipos, partes que lo conforman y los pasos para especificar un compresor reciprocante para una aplicacin especfica.


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1.

COMPRESORES Son equipos que incrementan la presin de un gas, un vapor o una mezcla de gases y

vapores. La presin del fluido se eleva reduciendo el volumen especfico del mismo durante su paso a travs del compresor. Se emplean principalmente para refrigeracin, acondicionamiento de aire, calefaccin, transporte por tuberas, almacenamiento de gas natural, craqueo catalitico, polimerizacin y en muchos procesos quimicos. Segn la forma de compresin se clasifican en:

a. Compresores de Desplazamiento Positivo: Son compresores de flujo intermitente, que basan su funcionamiento en tomar volmenes sucesivos de gas para confinarlos en un espacio de menor volumen; logrando con este efecto, el incremento de la presin. Se dividen en dos grupos reciprocantes y rotativos. b. Compresores Dinmicos: Son maquinas rotatorias de flujo continuo en la cual el cabezal de velocidad del gas es convertido en presin; estos compresores, se dividen de acuerdo al flujo que manejan en centrifugo (flujo radial) y axiales (flujo axial) y flujo mezclado.Compresores

Desplazamiento Positivo

Dinmicos

Reciprocante

Rotativo

Centrfugos

Flujo Axial

-

Simple etapa Mltiple etapa Integral Separable Balanceado/opuesto

-

Vena deslizante Lbulo deslizante Sello de lquidos Tornillos lbulo helicoidal

-

Simple etapa Mltiple etapa Split Horizontal Integral

Diafragma

Figura-1 Tipos de Compresores


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2.

SELECCIN DEL COMPRESOR

Para lograr una seleccin satisfactoria del compresor, debe considerarse una gran variedad de tipos, cada uno tiene ventajas especficas para alguna aplicacion. Entre los principales factores que se deben tomar en consideracin, se encuentran: la velocidad de flujo, la carga o presin, limitaciones de temperatura, el consumo de potencia, posibilidades de mantenimiento y costo. Con la Figura 2, puede hacerse una rpida seleccin del compresor en funcin del flujo actual (ACFM) y la presin de descarga requerida; no obstante, existe otros aspectos a considerar referentes al servicio de compresin para la seleccin acertada del tipo de compresor: a. Nivel de Potencia, instalacin. b. Flujo volumtrico Presin de Descarga (Figura-2 ). c. Requerimientos de tiempo de operacin entre perodos de mantenimiento. d. Caractersticas del Gas y del proceso. e. Inyeccin de aceite lubricante en las corrientes de proceso Los compresores que requieren lubricacin interna (reciprocante lubricado) son insatisfactorios para servicios de oxgeno. f. Arrastre de lquido en gas de proceso y slidos en gas de proceso Los compresores ms sensibles son el de aletas deslizante, los reciprocantes lubricados, y los centrfugos de alta velocidad. g. Oscilaciones en peso molecular Los compresores de desplazamiento positivo son relativamente insensibles; los compresores dinmicos tienen que ser diseados anticipadamente para el rango de variacin completo, y no son adecuados para variaciones amplias en operacin normal. h. Temperatura de descarga del gas Todos los tipos pueden ser diseados con etapas mltiples para limitar la elevacin de temperatura. disponibilidad Comercial del Compresor y costo de


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i.

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

j. Relacin de Presin Los compresores reciprocantes de etapas mltiples tienden a ser ms econmicos para altas relaciones de presin. k. Tipo de Elemento Motriz Las turbinas a gas o a vapor tienden a utilizarse en los compresores dinmicos que en los reciprocantes, ya que el sistema de transmisin es simplificado. l. La proximidad de facilidades de servicio del suplidor y del personal. m. Servicios adicionales de la instalacin, energa electrica, lubricacin, agua de servicio y enfriamiento, aire de arranque, sistemas de alivio, etc. n. La cantidad y recursos especializados del personal de mantenimiento de la planta. Asi como tambin, la disponibilidad de las herramientas adecuadas para el mantenimiento y los servicios disponibles.

Figura-2 Diagrama para Seleccin de Compresores (GPSA databook, Secc. 13)


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3.

COMPRESOR RECIPROCANTE Es un compresor de desplazamiento positivo, en el que la compresin se obtiene por

desplazamiento de un pistn movindose lineal y secuencialmente de atrs hacia adelante dentro de un cilindro; reduciendo de esta forma, el volumen de la camara (cilindro) donde se deposita el gas; este efecto, origina el incremento en la presin hasta alcanzar la presin de descarga, desplazando el fluido a travs de la vlvula de salida del cilindro. El cilindro, est provisto de vlvulas que operan automticamente por diferenciales de presin, como vlvulas de retencin para admitir y descargar gas. La vlvula de admisin, abre cuando el movimiento del pistn ha reducido la presin por debajo de la presin de entrada en la lnea. La vlvula de descarga, se cierra cuando la presin en el cilindro no excede la presin de la lnea de descarga, previniendo de esta manera el flujo reverso. Los compresores reciprocantes deben ser alimentados con gas limpio ya que no pueden manejar lquidos y partculas slidas que pueden estar contenidas en el gas; estas partculas, tienden a causar desgaste y el lquido como es no compresible puede causar daos a las barras del pistn. La potencia de los compresores reciprocantes puede ser de hasta 20000 Hp y para presiones desde el vaco hasta los 50000 Psig. Son diseados de simple y mltiples etapas, que estn determinadas por la relacin de compresin (relacin entre la presin de descarga y succin), que generalmente no excede de 4 por etapa. Los equipos de mltiples etapas deben ser provistos de enfriadores entre etapas, los cuales disminuyen la temperatura del gas hasta valores aceptables por la siguiente etapa de compresin. El enfriamiento, reduce la temperatura y el volumen real del gas que es enviado a los cilindros de alta presin de las siguientes etapas; logrando con esto, reducir la potencia requerida para la compresin y mantener la temperatura debajo de la mxima permisible.


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Los compresores reciprocantes, se utilizan generalmente para los siguientes servicios indicados en la Tabla-1: Tabla-1 Servicios Comunes de Compresores ReciprocantesRefinerias y Petroquimica Amoniaco Urea Metanol Etileno Oxido de Etileno Polipropileno Gas de Alimentacin Separacion de Componentes de Gas Natural Almacenamiento de GNL Craqueo Catalitico Destilacion Petroleo y Gas Levantamiento Artificial Reinyeccin Tratamiento de Gas Almacenamieto de Gas Transmisin Gas Combustible Booster Distribucin de Gas

Sin embargo, existen aplicaciones especficas donde se requiere utilizar compresores reciprocantes: Altas presiones de descarga, los compresores reciprocantes tienen un amplio rango de presiones mayores que el centrfugo. Disponibles para bajos flujos de gas, inferiores al menor flujo de los centrfugos. Son mucho menos sensibles a la composicin del gas y a propiedades cambiantes que los compresores dinmicos; esta propiedad es muy importante, ya que a medida que un pozo petrolero se agota, el gas pasa de ser un gas rico a un gas pobre; y este cambio afecta a los compresores dinmicos. Poseen mayor flexibilidad operacional, ya que con solo cambio en los cilindros o ajuste de los pockets pueden ajustarse a nuevas condiciones de proceso. 3.1. TIPOS DE COMPRESORES RECIPROCANTES a. Simple Etapa: Son compresores con una sola relacin de compresin, que incrementan la presin una vez; solo poseen un depurador interetapa, un cilindro y un enfriador interetapa (equipos que conforman una etapa de compresin) generalmente se utilizan como booster en un sistema de tuberas.


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b. Mltiples Etapas: Son compresores que poseen varias etapas de compresin, en los que cada etapa incrementa progresivamente la presin hasta alcanzar el nivel requerido. El nmero mximo de etapas, puede ser 6 y depende del nmero de cilindros; no obstante, el nmero cilindros no es igual al nmero de etapas, pueden existir diferentes combinaciones; como por ejemplo, si se requiere un sistema de tres etapas, puede utilizarse 3, 4 o 6 cilindros, como se indica en la tabla-2. Tabla-2 Diferentes Configuraciones de Cilindros para un Sistema de Tres EtapasConfiguraciones Posibles 1ERA ETAPA 2DA ETAPA 3ERA ETAPA 3 CILINDROS (integral) 1 CILINDRO 1 CILINDRO 1 CILINDRO 4 CILINDROS 2 CILINDROS 1 CILINDRO 1 CILINDRO 6 CILINDROS 2 CILINDROS 2 CILINDROS 2 CILINDROS

El uso de varios cilindros para una etapa de compresin permite la seleccin de cilindros de menor tamao, generalmente esto sucede con la primera etapa de compresin. c. Balanceado - Opuesto: Son compresores separables, en los cuales los cilindros estn ubicados a 180 a cada lado del frame. d. Integral: Estos compresores utilizan motores de combustin interna para trasmitirle la potencia al compresor; los cilindros del motor y del compresor estn montados en una sola montura (frame) y acoplados al mismo cigeal. Estos compresores pueden ser de simple o mltiples etapas y generalmente son de baja velocidad de rotacin 400 900 RPM. Poseen una eficiencia y bajo consumo de combustible; sin embargo, son mas costosos y difciles de transportar que los separables; a pesar de esto, hay muchas aplicaciones en tierra donde esta es la mejor opcin. Tienen mayor rango de potencia 2000 13000 BHP que los separables, entre sus ventajas se encuentran: a. b. c. Alta eficiencia Larga vida de operacin Bajo costo de operacin y mantenimiento comparado con los separables de alta velocidad.


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e.

Separable: En este equipo, el compresor y el motor poseen cigeales y monturas diferentes acoplados directamente. Generalmente, vienen montados sobre un skid y pueden ser de simple o mltiples etapas. Los compresores reciprocantes separables en su mayora son unidades de alta velocidad 900 1800 RPM que pueden ser accionados por motores elctricos, motores de combustin interna o turbinas, manejan flujos menores de gas que los integrales y pueden tener una potencia de hasta 5000 HP, entre sus ventajas se encuentra: a. Pueden ser montados en un skid; son de fcil instalacin y transporte y poseen amplia Flexibilidad operacional.

3.2.

COMPARACION ENTRE COMPRESORES RECIPROCANTES Y CENTRFUGOS. Diferentes tipos de compresores estn disponibles para compresin de gas natural,

pero los ms utilizados son los reciprocantes y centrfugos. A continuacin en la tabla-3, se especifican las ventajas y desventajas de estos equipos:

Tabla-3 Comparacin entre Compresores Reciprocantes y Centrfugos

Reciprocantes VentajasMayor flexibilidad en capacidad de flujo y rango de presiones. Mas alta eficiencia y costo de potencia mas bajo. Capacidad de manejar volmenes de gas. pequeos

Centrfugos VentajasComo existe menor rozamiento permite trabajar largo tiempo entre intervalos de mantenimiento. (tpicamente 3 aos), siempre y cuando los sistemas auxiliares de lubricantes y aceites de sellos estn correctos. Son pequeos y livianos con respecto a su capacidad de flujo, por lo que requieren poca rea de instalacin No presentan alta vibracin Costos mas bajos mantenimiento total por atencin y

Son menos sensitivos a la composicin de los gases y las propiedades cambiantes. Presentan menores temperaturas de descarga por su enfriamiento encamisado. Pueden alcanzar las presiones ms altas.

Son requeridos para altos flujos de gas


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Continuacin Tabla-3 Comparacin entre Compresores Reciprocantes y Centrfugos

Reciprocantes DesventajasFundaciones mas grandes para eliminar las altas vibraciones por el flujo pulsante. En servicios continuos se requieren unidades de reserva, para impedir paradas de planta debido a mantenimiento. Los costos de mantenimiento son 2 a 3 veces mas altos que los compresores centrfugos. El funcionamiento contnuo es ms corto que para los centrfugos Requieren inspeccin ms continua. Cambios en la presin de succin pueden ocasionar grandes cargas en las barras del pistn (rod loading).

Centrfugos DesventajasEficiencia de 7 a 13% menor que la mayora de los compresores de desplazamiento positivo. Son sensibles al ensuciamiento y a los cambios en las propiedades del gas especialmente en el peso molecular. Cambios en la presin diferencial aumentan la cada de presin en el sistema y puede ocasionar reducciones muy grandes en el volumen del compresor o stonewall. No hay mucha disponibilidad comercial para flujos inferiores a 300 ACFM. El consumo de combustibles de las turbinas es mas alto que el de los compresores reciprocantes. Requieren mano de obra especializada.

3.3.

PARTES DEL COMPRESOR RECIPROCANTE. En la figura-3, se muestra las partes de un compresor reciprocante

separable que se definen a continuacin: a. Montura (frame): La montura de un compresor reciprocante es una estructura fundida, donde van montadas las partes rotativas del compresor como el cigeal, en este elemento, se instalan los cilindros en forma cruzada. Son especificadas por los fabricantes en funcin de: nmero de cilindros, la potencia que es capaz de transmitir, las cargas a soportar en las barras (rod loading) y al recorrido de los cilindros. Cada montura esta diseada para un nmero mximo de cilindros, no obstante no indica el nmero de etapas del compresor. b. Cigeal (Crankshaft): Se encuentra instalado dentro de la montura y es el elemento que transmite la potencia del motor hacia las bielas.


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c. Biela: Es el componente que transmite el movimiento rotativo del cigeal y lo linealiza para trasmitirlo a la barra. d. Caja de Lubricacin: Es el elemento que separa el cilindro de la montura, cualquier fuga se ventea o se drena a travs de ste elemento, contiene la barra que mueve el pistn de adelante hacia atrs y los sellos de laberinto del cilindro. e. Cojinetes: La mayora de los compresores utilizan cojinetes hidrodinmicos, el aceite entra al cojinete a travs de los agujeros de suministro, que van perforados estratgicamente a lo largo de la circunferencia del cojinete que suministran y distribuyen formando una pelcula de aceite en el contacto entre las partes mviles y estacionarias. f. Sellos: Proporciona el sellado dinmico entre el pistn - la barra y la barra - con la montura, consiste en una serie de anillos de tefln montados en una caja de sellado; la cual es atornillada a el cilindro, la barra se mueve en un movimiento reciprocante a travs de la caja de sellos tipo laberinto. g. Barra (Rod): Es el componente que conecta el pistn con la biela y transmite el movimiento al pistn, est sometida a los esfuerzos generados durante la compresin del gas (traccin y compresin). h. Botellas de Pulsacin: Son recipientes que se colocan en la succin y la descarga para minimizar los efectos de la vibracin acstica causada por el flujo reciprocante. i. Vlvulas: Son vlvulas de retencin tipo check que permiten la entrada y salida de gas al cilindro; en caso de cilindros de doble accin, existen vlvulas de succin a ambos lados del cilindro, mientras que en cilindros de simple accin slo se encuentran en un solo lado. Las vlvulas pueden ser de placa, lengeta y la mas aplicada para gas natural la de discos concentricos.


FIGURA-3 COMPRESOR RECIPROCANTE SEPARABLECamisa del cilindro 57 HRCCojinetes Ajustados a la Precisin Caja de Lubricacin Simple o Doble

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CILINDRO DE PROCESO

Pistn Simple o Doble AccinMateriales y Tipos de vlvula segn especificacin

Sellos tipo laberinto

Cigeal de Acero Forjado

Anillos de Compresin

Entrada, conexin con la botella de pulsacin

Bielas de Acero Forjado Montura del Compresor (Frame)

Cilindros de acero forjado o fundicin dctil

CAJA DE LUBRICACINOrificios de Inspeccin Cilindros Opuestos Balanceados Cilindros Lubricados o No Lubricados Barras del Pistn de Acero Aleado: Nitruradas hasta 64 HRC, acero inoxidable o carburo de tungstenoSello Intermedio

Unin Tipo Cruceta

Sello , entrada de agua y purga para empaque

Bolsillos, para este caso no ajustable

Anillos de Aleacin Resistentes al Desgaste

Ventana que permite retirar el sello de laberinto

Escurridor de Aceite


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3.4.

EQUIPOS DE PROCESO QUE CONFORMAN UN COMPRESOR RECIPROCANTE

a. Separadores: Tiene como funcin principal separar el vapor del lquido de la corriente de gas que va al sistema de compresin; son separadores verticales (scrubbers) diseados para manejar corrientes con alta relacin gas-lquido, usualmente con un demister como mecanismo de separacin. Se instalan en las interetapas de compresin para remover el lquido que se obtiene producto del enfriamiento. b. Cilindro de Proceso: Es el componente que junto con el pistn se encarga de

disminuir el volumen del gas contenido en la camara, hasta llegar a un volumen determinado a la presin de descarga; el compresor debe tener al menos un cilindro por cada etapa de compresin y existen dos tipos de cilindros: Simple Accin: La compresin solo ocurre en uno de los dos lados del pistn durante una vuelta del cigealDoble Accin: Mientras comprime por uno de los lados, expande por el otro lado durante una vuelta del cigeal. En los casos que se maneje helio u oxigeno, o que se requiera aire o gas sin lubricante, se debe utilizar un cilindro no lubricado; estos cilindros deben tener un acabado pulido y utilizan anillos de grafito o plastico (tefln). Dependiendo de la presin a alcanzar el cilindro puede ser de los siguientes materiales: Hierro Fundido para presiones entre 1000 a 1200 Psig Hierro Fundido Dctil para presiones hasta 1500 Psig Acero 1000 2200 Psig Acero Forjado para presiones mayores que 2200 Psig

c. Enfriadores: Reducen la temperatura del gas luego que es comprimido, ya que las temperaturas de succin estn limitadas por la metalurgia de los materiales de fabricacin y el lubricante del compresor. Generalmente se utilizan enfriadores por aire o fin fan coolers; instalandos en una sola unidad de enfriamiento que utiliza un ventilador para forzar el aire a trves del haz de tubos acoplado directamente al motor.

Todos estos equipos se instalan lo mas cercano posible para conformar un modulo de compresin como el que se muestra en la Figura-4


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Figura-4 Compresor Reciprocante Separable Tipo SkidUnidad de Enfriamiento: Fin Fan Cooler Incluye todos los enfriadores Inter-etapas AIR X CHANGERS 156 EH

Silenciador del Motor de Combustin Interna

Compresor Reciprocante: Modelo: Ariel JGC 4 Driver: Motor Reciprocante Modelo: Cat 3515 TA Combustible: Gas Natural

Separador Interetapa (Scrubber)

Botellas de Pulsacin

Cilindros de Compresin: Corresponden a una etapa de compresin, pocket variable

Boquilla Succin

de

Vlvula de Alivio

Panel de Control

Sistema de Recirculacin

Montura del Compresor (Frame)


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3.5. DESCRIPCIN DEL PROCESO DE COMPRESIN El proceso de compresin en mltiples etapas se realiza con el objeto de comprimir el gas en procesos separados; debido a que alcanzar la presin de descarga requerida en una sola etapa, ocasionara un alto trabajo de compresin y altas temperaturas de descarga que conllevan a la falla de los materiales del compresor. Los equipos de proceso principales que conforman cada etapa son: un separador, el cilindro de compresin y un enfriador. El primer equipo de proceso es el separador, donde se elimina el lquido de la corriente. Luego, el gas pasa al cilindro de la primera etapa, donde alcanza una presin de descarga mxima limitada por la temperatura mxima permisible de descarga (275 - 300 F). Sucesivamente, al salir el gas del cilindro pasa a un enfriador que disminuye su temperatura hasta aproximadamente la temperatura de entrada de la etapa (120 130 F), como el enfriamiento produce condensacin de los componentes mas pesados del gas, el primer equipo de la siguiente etapa de compresin es un separador para eliminar todo el condensado producto del enfriamiento y evitar la entrada de liquido al compresor. En esta secuencia, el gas pasa por cada etapa hasta alcanzar la presin requerida. En la figura-5, se muestra el diagrama de flujo del proceso de un compresor de tres etapas.

Mltiple de Descarga Entrada a la Planta

2da Etapa 1era Etapa

3era Etapa

Slug Catcher Sistema de Recoleccin de Lquidos

Separador Interetapa

Compresor

Enfriador Interetapa

Figura-5 Diagrama de Flujo de Proceso de un Compresor de Gas de Tres Etapas


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3.6. SISTEMAS PARA LA OPERACIN CONTROLADA DE UN COMP. RECIPROCANTE. Todo equipo de compresin debe estar dotado de sistemas que permitan: Mantenerlo en operacin en caso de cambios en las condiciones de operacin. Paradas seguras por mantenimiento o paradas generales de la planta. Activar sistemas de seguridad, en caso de condiciones inseguras. Estos sistemas se muestran en el Anexo-1 y se definen a continuacin: a. Sistema de Recirculacin: A una velocidad constante de giro del compresor, un determinado volumen de gas entra al cilindro; si este flujo disminuye, la presin de entrada al cilindro se reduce y la relacin de compresin aumenta, ocasionando que la temperatura de descarga aumente. Para evitar esto, se utiliza un sistema de recirculacin, con una vlvula conectada a la descarga para llenar completamente el cilindro de la primera etapa y mantener en el rango permisible la presin de succin. b. Vlvula hacia el Mechurrio: Si el flujo de gas se incrementa, aumenta: la presin de entrada, las cargas en las barras y la potencia requerida que puede llegar a superar la del motor. Para evitar esto, se instala una vlvula de control en la lnea de succin para desviar el exceso de gas hacia el flare o sistema de alivio de la instalacin. Adicionalmente, en caso de un shut down por emergencia, esta vlvula permite desviar la produccin hacia el flare sin causar problemas en instalaciones aguas arriba. c. Vlvula reguladora de la presin de succin: Consiste en una vlvula de mariposa que permite regular la presin de entrada, se cerrar en caso de incremento de la presin, hasta que la presin aguas arriba aumenta lo suficiente para abrir la vlvula de control hacia el mechurrio. d. Vlvulas Blowdown: Estas vlvulas se utilizan para vaciar el gas en el compresor, cuando est fuera de servicio ya sea por mal funcionamiento o mantenimiento, lo que minimiza el peligro potencial de reparaciones con gas atrapado. Estas vlvulas se instalan en la en la descarga, y envan el gas hacia el flare o mltiple de venteo.


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e. Vlvulas Shut-down: stas vlvulas aslan el compresor de la instalacin y se instalan en la succin, se activan en caso de mantenimiento del compresor, alto nivel de liquido en los depuradores o paradas de emergencia; dependiendo del caso, secuencialmente se activa el blowdown de la planta. f. Vlvulas de Alivio: Cada cilindro de compresin, debe tener instalada una vlvula de alivio aguas arriba del enfriador, ajustada a 1,25 veces la presin de descarga o la MAWP; debido a que si el flujo llega a obstruirse, ninguno de los equipos sern sometidos a sobrepresin. g. Controlador de Velocidad: Este equipo aumenta la eficiencia del compresor y la flexibilidad operacional; si el flujo de gas se incrementa, la velocidad del compresor aumenta para manejar el excedente de gas. Al volver a ajustarse el flujo de gas, la velocidad de giro vuelve a estabilizarse. Si el flujo de gas decrece, el compresor gira lentamente hasta que la presin de entrada puede ser mantenida. vlvula reguladora de la succin, pero si minimizar su utilizacin. 3.7. PROCEDIMIENTO PARA ESPECIFICAR UN COMPRESOR RECIPROCANTE. Considerando que el volumen de gas a manejar, la presin de succin y descarga, la temperatura de entrada y la composicin del gas son conocidas, el procedimiento para especificar un compresor reciprocante consiste en: establecer el tipo de compresor reciprocante, el nmero de etapas y la potencia requerida. 3.7.1. Nmero de Etapas de Compresin El proceso de compresin genera incremento de la temperatura del fluido; debido a esto, la presin mxima que puede alcanzarse en una etapa compresin est limitada por la temperatura de descarga mxima permisible; sta temperatura debe mantenerse en un rango entre 275 300 F. Por lo tanto, el nmero de etapas de compresin debe ser la cantidad de etapas que garanticen temperaturas de descarga en el rango indicado, en cada una de las etapas de compresin del compresor. Una primera aproximacin puede hacerse con la ecuacin (1) variando el nmero de etapas hasta obtener una relacin de compresin R entre 2,5 y 4. El uso de este equipo, no elimina la instalacin del sistema de recirculacin, vlvula hacia el flare o


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Pout R= Pin Pout: Presin de Salida (Psia) Pin: Presin de Entrada (Psia) n: Nmero de etapas

1/ n

(1)

La relacin de compresin es similar por etapa, a menos que por diseo del proceso se requieran diferentes valores. Para dos etapas de compresin, el radio por etapas es igual a la raz cuadrada de la relacin de compresin (Ecuacin-1); para tres etapas la raz cbica; no obstante, en caso de altas presiones la relacin de compresin debe disminuir a medida que la etapa se incrementa para reducir las cargas en las barras del compresor. Adicionalmente; para establecer la relacin de compresin por etapa, debe considerarse aspectos econmicos, ya que una alta relacin de compresin ocasiona una baja eficiencia volumtrica y se requiere cilindros de mayor tamao para producir la misma capacidad. La implementacin de mltiples etapas proporciona las siguientes ventajas al sistema de compresin: a. Para tener disponibles corrientes laterales, a niveles de presin intermedia, tales como en los sistemas de los procesos de refrigeracin. b. Para aumentar la eficiencia total de compresin, manteniendo la compresin tan isotrmica como sea posible, haciendo rentable la inversin adicional en enfriadores y separadores interetapas contra el ahorro de potencia. c. Para fijar el aumento de presin por etapa a las limitaciones de presin diferencial del tipo de maquinaria: limitaciones en carga de empuje axial en los compresores centrfugos, limitaciones de tensin en la varilla del pistn en los compresores reciprocantes, deflexin del rotor y empuje en los rotativos. d. Para enfriar las entradas a las etapas y de sta manera reducir los requerimientos de cabezal de compresin total, suficientemente a fin de reducir el nmero de etapas de compresin requeridas. Esto da como resultado compresores ms compactos y de costos de construccin ms bajos.


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e. Es beneficioso aumentar el nmero de etapas para disminuir temperatura; a pesar, de que se requiere un separador, un cilindro, un enfriador, ms tuberas y sistemas de control aidicionales; ya que operar a menores temperaturas de descarga aumenta la durabilidad de sellos, anillos y lubricante de los compresores reciprocantes. Para calcular la temperatura de descarga de la etapa se utiliza la ecuacin-2.Toutk 1 (R ) k 1 = Tin x 1 + Eisen

(2)

Tout: Temperatura de Salida (R) Tin: Temperatura de Entrada (R) Eisen: Eficiencia Isentrpica (Tabla-4) Tabla -4 Valores Estimados de Eficiencia Isentrpica de Compresores (Fuente: J. M. CAMPBELL, Gas Conditioning and Processing, Tomo II, Pg. 197) Tipo de compresor Centrifugo Reciprocante Alta Velocidad Reciprocante Baja Velocidad Eficiencia (E) 0.65 0.75 0.65 0.75 0.75 0.85

En caso que se utilicen mltiples etapas; la presin de succin de la siguiente etapa, puede estimarse de la siguiente forma: 1. Obtener la relacin por etapa con la ecuacin-1. La relacin de compresin (R) esta comprendida entre 2 y 4; el nmero de etapas (n) puede variarse hasta estar dentro el rango de R o hasta verificar que todas las temperaturas de descarga sean inferiores a 260 F. 2. Multiplicar la relacin de compresin por la presin absoluta de succin, para obtener la presin de descarga del cilindro. 3. La presin de succin de la siguiente etapa, puede considerarse 3 a 5 Psi menor que la presin de descarga de la etapa anterior debido a las perdidas en los equipos interetapas. 4. La temperatura de salida del enfriador de la etapa puede considerarse 120 - 130F.


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3.7.2.

POTENCIA REQUERIDA PARA LA COMPRESIN La potencia de compresin, se define como la cantidad de energa terica necesaria

para comprimir un gas a unas condiciones especificas de succin y descarga; esta energa es independiente del tipo de compresor, pero la cantidad de energa real si depende de la eficiencia del tipo compresor. La ecuacin bsica de termodinmica para el clculo de trabajo es la siguiente:

Wteorico = VdpP1

P2

(3)

El trabajo de compresin, es proporcional al rea bajo la curva P-V presin-volumen (figura-6), el proceso de compresin se rige por la ecuacin PVn=constante, el exponente n vara dependiendo de los siguientes procesos (Figura-6): 1. Isotrmico: para este caso el trabajo calculado es menor y no hay cambio de temperatura; n=1. 2. Isentrpico (S1=S2): Proceso en el cual no hay calor adicionado o removido del sistema y la entropa permanece constante, n=K (K: relacin de calores especficos) PVK=constante (K: Relacin de Calores Especficos) .El trabajo calculado en este proceso es intermedio (figura-6). 3. Politrpico: Proceso en el cual los cambios en las propiedades del gas durante la

compresin permanecen constante y se rigen por la siguiente ecuacin: n>K PVn=constante. La mayoria de los equipos tienden a operar en un proceso politrpico, donde el trabajo calculado es mayor que en los dems procesos.

Figura-6 Curva P-V de Compresin (Fuente: GPSA DATABOOK, Seccin 13)


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Para estimar el trabajo de compresin, la mayora de programas computacionales utilizan la diferencia de entalpas del gas en el proceso de compresin, estas se obtienen a travs de ecuaciones de estado y constituye una de las mejores opciones para evaluar el trabajo de compresin:

Potencia = m(h2 h1 )

*

(5)

m : Flujo msico de vapor (lbm/hr)h2(isentrpico): Entalpa a las condiciones de descarga isentrpica (Btu/lbm) h1: Entalpa a las condiciones de succin (Btu/lbm) Sin embargo, a pesar de que la mayora de los fabricantes de compresores utilizan el proceso de compresin politrpico para estimar la potencia, una buena estimacin puede obtenerse considerando el proceso de compresin isentrpico (adiabtico reversible), calculando la potencia en funcin del cambio de entalpa y luego se ajusta de acuerdo al tipo de compresor para obtener la potencia real con la ecuacin-6. Este mtodo es utilizado por los simuladores computacionales.

*

Potencia REALDonde:

m(hisent ) = E

*

(6)

m hisent = Trabajo Terico (Ecuacin 5)E: Eficiencia puede considerarse los valores de la tabla-4(incluye la eficiencia mecnica y la isentrpica)

*


22

Mtodos Grficos. Otro mtodo para obtener la potencia es el recomendado en el GPSA Databook con la Ecuacin-7 y la Figura-9, la potencia requerida puede obtenerse de forma simple incluyendo la eficiencia mecnica y termodinmica. El buen uso de estas grficas, provee una potencia razonable que puede ser comparada con la calculada por los fabricantes de compresores. Esta curva es para compresores de baja velocidad (300 450 RPM), para compresores de alta velocidad > 1000 RPM debe ajustarse la potencia con el factor F3.

BHP =

BHP Ps Tin (Zavg )(MMSCFd )(( F1) x( F 2) xF 3)) MMCFd 14,4 TS

(7)

Donde:

Ps: Presin estndar (14.7 Psia) Ts: Temperatura a condiciones estndar (520R) Tin: Temperatura de entrada del gas (R) Zavg: Factor de compresibilidad promedio de la succin y la descarga MMSCFd: Flujo de gas x da @ condiciones estndar F1: Factor de correccin por baja presin de entrada (Figura-7) F2: Factor de correccin para gravedad especfica (Figura-8) F3: Porcentaje de incremento de la potencia para compresores de alta velocidad (Tabla-5)

Bhp : Se obtiene con la figura-9 en funcin de la relacin compresin y K MMCFd

Figura-7 Factor de Correccin por Baja Presin de Admisin*

Figura-8 Factor de Correccin por Gravedad Especfica*


23

Tabla 5 Porcentaje de Incremento de Potencia para Unidades de Alta Velocidad*Porcentaje de Incremento de Potencia 4 5 6 8 10

Gravedad Especfica 0.5 0.8 0.9 1 1.1 1.5 y sistemas de refrigeracin con propano

Figura-9 Potencia de Compresin *(Fuente GPSA DATABOOK, Seccin 13)


25

3.7.3.

Diseo del Cilindro de Compresin Las ecuaciones que se indican a continuacin, permiten calcular el dimetro del

cilindro, para luego seleccionar los disponibles en manuales de fabricantes de compresores. Clearance: El pistn de un compresor reciprocante no viaja hasta el final del cilindro; ya que cierto espacio se necesita para las vlvulas entre del cilindro, cuando el pistn se encuentra al final de su carrera; este espacio, se denomina volumen muerto (clearance) y se expresa como un porcentaje entre el volumen muerto total y el volumen total barrido por el pistn. puede asumirse en 20% para un clculo previo y luego ajustarse con el valor real indicado por el fabricante del cilindro.

%CL =

Volumen muerto total Volumen barrido pistonEl trmino eficiencia

(8)

Eficiencia

Volumtrica:

volumtrica,

se

refiere

al

desplazamiento real de un cilindro comparado con la capacidad de bombeo total si no existiese volumen muerto. Debido a este volumen muerto, el volumen de gas que desplaza el cilindro es menor que el volumen mximo del cilindro; por lo tanto, la eficiencia volumtrica (Ecuacin 9), es la relacin entre el volumen real (V1) que desplaza un cilindro sobre el volumen ideal (Vd) que desplazara si no existiese el volumen muerto.

Evz =

V 1 Volumen Re al = Vd Volumen Ideal

(9);

Evz =

Qactual Z1 = 96 R (CL) * ( R)1 / K 1 Qideal Zd

(10)

Z1/Zd: Relacin de factores de compresibilidad entre la entrada y la salida K: Relacin de Calores Especficos V1: Flujo volumtrico real de gas a la entrada (pie3/min) La ecuacin 10, establece la eficiencia volumtrica en funcin de las dimensiones del cilindro. Al obtener la eficiencia volumtrica, el desplazamiento ideal del cilindro se determina (Qideal) y su dimetro se despejara de la ecuacin 11 para cilindros de doble accin. El desplazamiento actual (Qideal) es igual a flujo actual de gas (ACFM).


26

( Stroke)( RPM )(2 * d cilindro d rod ) x Qactual = 3 4 x1728 pie pu lg 32 2

(11)

Recorrido: Puede obtenerse del fabricante del de compresores (STROKE) RPM: Velocidad de giro del compresor depende del tipo de compresor uno de alta velocidad (900 1800 RPM) d: Dimetro del cilindro (pulg) drod: Dimetro de la Barra (pulg) 3.7.4. Cargas en las Barras del Compresor. Los fabricantes de compresores reciprocantes, especifican sus monturas en funcin de la potencia promedio, velocidad de giro y cargas admisibles; estas cargas, corresponden a las fuerzas a compresin y tensin aplicadas (ecuaciones 13 y 14) y son proporcionales a la fuerza esttica y a las cargas de inercia sobre los componentes del compresor, tales como: cigeal, barras de conexin, barra del pistn y el rea proyectada de los cojinetes del cilindro; en ninguna circunstancia, las cargas aplicadas pueden exceder las admisibles. Cargas de compresin aplicadas en el cilindro: Lc= Ap( Pd ) Ac( Ps) Cargas de tensin aplicadas en el cilindro: LT= Ac( Pd ) Ap ( Ps) Ac: Efectiva rea (rea del pistn rea de la barra) Ap: rea del pistn Pd: presin de descarga (Psia) Ps: presin de Succin (Psia) En el proceso de clculo del compresor, puede determinarse las cargas al final del clculo; en caso de que las cargas superen las indicadas en la montura del compresor, puede ajustarse la relacin de compresin estabilizando las temperaturas de descarga de las etapas. Con esto, se logra una disminucin razonable de las cargas aplicadas al compresor pero ocasionar un incremento en la relacin de compresin de la primera etapa y una disminucin en las etapas sucesivas pero pueden ser razonables. (14) (13)


27

4.

Ejemplo: Se requiere comprimir 5 MMPCED de gas natural con la composicin molar indicada, para enviarlo a un campo vecino para utilizarlo como gas combustible; el gas tiene un peso molecular de 23 lbm/lbmol y se incrementar su presin desde 65 Psig 90 F, hasta 1000 Psig y 120 F , la composicin del gas es variable, determine:

Molar flow lbmol/h Mass flow lb/h Temp F Pres psia Vapor mole fraction Cp/Cv Tc F Pc psia Std. sp gr. air = 1 Degree API Average mol wt Actual dens lb/ft3 Actual vol ft3/hr Std liq ft3/hr Std vap 60F scfh

548.9988 12216.4395 90 79.7 0.9998 1.2553 -7.3913 1166.3679 0.768 248.3705 22.2522 0.3057 39964.4882 525.8204 208333.297

Methane Ethane Propane I-Butane N-Butane I-Pentane N-Pentane N-Hexane N-Heptane N-Octane N-Nonane N-Decane N-Dodecane Carbon Dioxide Nitrogen

78,06417 7,088808 4,685904 1,067401 1,602401 0,4986 0,499301 0,3716 0,2475 0,1271 0,0421 0,0159 0,0017 5,453407 0,2341

1. Nmero de Etapas Requeridas: Se calcula R (relacin de compresin) variando el nmero de etapas hasta entrar en un rango entre 2 y 4 con la siguiente ecuacin-1:

Pout R = n Pin

Pin (Psia) 79.7 79.7 79.7

Pout (psia) 1019.7 1019.7 1019.7

Etapas 1 2 3

R estimada 12.79422836 3.576902061 2.338862546

Nota: La relacin de compresin calculada no considera las prdidas de presin por etapa de compresin que estn en el orden de 3 5 Psi La configuracin de 2 y 3 etapas est dentro del rango de R, para establecer el nmero de etapas definitiva, debe calcularse la temperatura de descarga de las etapas, para seleccionar la que garantice temperaturas entre 275 300 F; debe establecerse la presin de descarga de cada etapa de compresin y calcular la temperatura con la siguiente ecuacin-2:


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(R ) 1 Tout = Tin x 1 + Eisen k 1 k

Notas: - Eisen = 0.75 (Eficiencia isentrpica para compresores reciprocantes de alta velocidad). - R ajustada: relacin de compresin ajustada considerando las prdidas en los equipos - La temperatura de salida de los enfriadores interetapas se fijo en 120 F, considerando enfriamiento inperfecto

Resultados: CONFIGURACIN DE DOS ETAPAS P(out) Psia R ajustada Tin (F) 309.7 3.8858 90 1019.7 3.3466 120 CONFIGURACIN DE TRES ETAPAS Pout (Psia) R ajustada Tin (F) 189.7 2.38018 90 440.7 2.38603 120 1019.7 2.34037 120

ETAPA-1 ETAPA-2

Pin (Psia) 79.7 304.7

Tout (F) 302.2383124 316.3029762

K 1.23 1.23

ETAPA-1 ETAPA-2 ETAPA-3

Pin (Psia) 79.7 184.7 435.7

Tout (F) 219.3547128 256.8148507 253.5295614

K 1.23 1.23 1.23

Para dos etapas de compresin, la temperatura de descarga es superior a 300 F, por lo tanto, se seleccionar la configuracin de tres etapas de compresin. 2. Potencia Requerida La potencia requerida por etapa, se calcular con la siguiente ecuacin-7:

BHP =Resultados:

BHP 14.7 Tin (Zavg )(MMSCFd )(( F1) x( F 2) xF 3)) MMCFd 14,4 520

Etapa-1 Etapa-2 Etapa-3 Etapa-1 Etapa-2 Etapa-3

BHP/MMCFd (FIGURA-8) 51.5 51.5 51 F1 (FIGURA-7) 1 1 1

Tin (F) 90 120 120 F2 (FIGURA-9) 1 1 1

Zin

Zavg

MMPCED 5 5 5 BHP 295.5477446 307.7798543 295.0305822 898.3581812

0.9839 0.9834 0.9693 0.9711 0.9293 0.94 F3 BHP/MMPCED (TABLA-5) 1.04 59.10954893 1.04 61.55597087 1.04 59.00611644 POTENCIA TOTAL (BHP)

Notas: La potencia se verific con un simulador y se obtuvo: 878.4331 BHP


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3. Especificar un Compresor Comercial. El compresor a seleccionar debe ser un compresor reciprocante separable con una potencia mayor a 754 BHP y con un nmero de cilindros mayor a tres. Al consultar catlogos de fabricantes (Anexo-2) puede seleccionarse los siguientes compresores: # Cilindros 4 4 3 Carga Mxima 15400 lbs 23000 lbs 40000 lbs

Marca Dresser Rand ARIEL AJAX

Modelo 4.5A VIP4 JGJ-4 DPC 2804

Tipo Separable Separable Integral

Potencia 1080 BHP @ 1500 RPM 1240 BHP @ 1800 RPM 898 BHP @ 440 RPM

STROKE 4.5 pulg 3.5 Pulg 11 Pulg

4. Dimensionamiento de Los cilindros de Compresin Para el dimensionamiento, debe establecerse la velocidad de giro del compresor; para este clculo, se seleccionar el compresor ARIEL JGJ-4, operando a 1600 RPM. Este clculo provee una estimacin de los cilindros y debe verificarse con el fabricante. a. Flujo actual: Debe calcularse el flujo actual de gas a la entrada que es proporcional al desplazamiento del pistn por minuto, luego con la eficiencia volumtrica se determina el desplazamiento real considerando el volumen muerto:

Clculo del Flujo Actual de Entrada a la etapa Pstd Etapa-1 Etapa-2 Etapa-3 14.7 14.7 14.7 Tstd 529.67 529.67 529.67 Tin etapa 559.67 579.67 579.67 Pin etapa 79.7 184.7 435.7 MMPCED 5 5 5 Q actual CFM (entrada etapa) 676.6953279 302.4359409 128.2072947

Etapa-1 Etapa-2 Etapa-3

Calculo de la eficiencia Volumetrica Ecuacin -10 Clearance R K Zin Zout Asumido 20 2.38018 1.23 0.9839 0.9833 20 2.38603 1.23 0.9693 0.9739 20 2.34037 1.23 0.9293 0.941

Evz 73.11739215 73.24686147 74.22952602


30

b. Dimetro de los Cilindros: Se determina el desplazamiento real requerido con la eficiencia volumtrica y se despeja el dimetro del cilindro de la ecuacin-11.


DIMETRO DEL CILINDRO Q actual CFM Q ideal CFM Stroke 338.6966634 439.207747 3.5 338.6966634 439.207747 3.5 308.25571 419.677978 3.5 130.6743852 167.491761 3.5

RPM 1600 1600 1600 1600

D (pulg) 9.352880853 9.352880853 9.14530963 5.835672761

Notas: - Para disminuir el dimetro del cilindro de la primera etapa, se dividi el flujo actual en dos y utilizar dos cilindros de compresin, ya que el compresor posee cuatro cilindros. Se selecciona el dimetro inmediato superior y se ajusta el clculo con el clearance real La configuracin es de dos cilindros para la primera etapa, un cilindro para la segunda y la tercera. Luego de estimar los cilindros requeridos, se seleccionan los comerciales para el compresor del ARIEL DATABOOK (Anexo-3):


DIMETRO DEL CILINDRO Dseleccion Bore (pulg) Clearance 9.75 16.1 9 3/4 RJ 9.75 16.1 9 3/4 RJ 9.25 19.8 9 3/4 RJ 6.375 16.1 6 3/8 RJ

D Acting SI SI SI SI

El Clculo de la eficiencia volumetrica de los cilindros, fue reajustado con el clearance real de los cilindros indicados por el fabricante, como se indica a continuacin:


Clearance 16.1 19.8 16.1

Calculo de la eficiencia Volumetrica R K Zin Zout 2.38018 1.23 0.9839 0.9833 2.38603 1.23 0.9693 0.9739 2.34037 1.23 0.9293 0.941

Evz 77.11536642 73.45053254 78.01839594


31

c. Cargas en las barras: Al determinar los cilindros comerciales, se procede a verificar las cargas en las barras del compresor: Cargas de compresin aplicadas en el cilindro: Lc= Ap ( Pd ) Ac( Ps ) Cargas de tensin aplicadas en el cilindro: LT= Ac( Pd ) Ap ( Ps ) Ac: Efectiva rea (rea del pistn rea de la barra) Ap: rea del pistn Pd: presin de descarga (Psia) Ps: presin de Succin (Psia)CARGAS EN LAS BARRAS Area Piston (pulg) Etapa-1 Etapa-2 Etapa-3 74.66 74.66 67.2 31.92 Area Piston Area rod (pulg) 72.89 72.89 65.43 30.15 Ps 79.7 79.7 179.7 379.7 Pd 189.7 189.7 440.7 1019.7 Carga Compresin (lbs) 8353.669 8353.669 17857.269 21100.869 Carga Traccin (lbs) 7876.831 7876.831 16759.16 18623.93 Carga Permisible Compresin (lbs) 23000 23000 23000 23000

(13)

(14)

No supera las maximas cargas permisibles; sin embargo, podria

evaluarse cambiar la

relacin de compresin para disminuir las cargas en la ultima etapa, pero igual nmero de cilindros. El compresor queda configuado como se indica en la figura continuacin:FRAME Primera Etapa: Dos Cilindros Segunda Etapa: Un Cilindro

Tercera Etapa: Un Cilindro


iii

CONCLUSIONES En los casos que la composicin del gas sea variable debe seleccionarse un

compresor reciprocante, debido a que son menos sensibles que los compresores dinmicos a las propiedades cambiantes del gas. Adicionalmente, el compresor reciprocante posee mayor flexibilidad que el compresor centrfugo; ya que, puede adaptarse a diferentes rangos de presiones, sin realizar grandes cambios en su configuracin inicial. Un equipo de compresin est conformado por varias etapas; una etapa, posee un depurador para eliminar el lquido de la corriente a comprimir, un cilindro de compresin para aumentar la presin del gas y un enfriador para disminuir la temperatura del gas luego que este es comprimido para pasar a la etapa siguiente. la instalacin de un depurador interetapa es obligatoria; a pesar, de que la simulacin del proceso indique que no existe lquido en la corriente. La relacin de presin influye en la temperatura de descarga de la etapa y en las cargas aplicadas del compresor; por esto, en cada etapa debe establecerse que nivel de presin alcanzar, verificando que las cargas en las barras y las temperaturas de descarga sean inferiores a las admisibles recomendadas por el fabricante del compresor. El nmero de etapas de compresin se determina en funcin de las temperaturas de descarga en cada etapa de compresin, y debe ser un nmero que garantice temperaturas inferiores a las mximas permisibles. A pesar de que el incremento de una etapa, representa la adicin de un depurador, un cilindro y un enfriador adicional; si se requiere para que el compresor opere a temperaturas inferiores a las permisibles debe aumentarse la etapa. En la montura (frame) del equipo de compresin, se especifican la potencia mxima, las cargas permisibles y el nmero de cilindros. El nmero de cilindros debe ser igual o mayor al nmero de etapas requeridas.


iv

Una baja presin de succin en los equipos de compresin, genera incremento de la relacin de compresin y aumento de las cargas aplicadas al equipo; para evitar esto, se instala un sistema de recirculacin que toma el gas de la descarga y lo introduce en la primera etapa, para compensar la disminucin de presin. En toda facilidad de compresin, debe instalarse un equipo de separacin primaria o slug catcher aguas arriba del mltiple de succin para evitar la posibilidad de que algn lquido de forma irregular pueda llegar al compresor. En la instalacin donde se ubicar el compresor reciprocante debe existir sistemas de seguridad; no obstante, el equipo de compresin debe estar dotado de sistemas de seguridad que protejan al equipo en caso de emergencias o problemas operacionales, desviando la produccin hacia el flare y desalojando los fluidos combustibles. En la planta debe instalarse vlvulas SDV (SHUT DOWN VALVE) y vlvulas BDV (BLOW DOWN VALVE) en la succin aguas debajo de la vlvula de control que desva hacia el flare y en la descarga. En caso de una emergencia las vlvulas SDV cierren la entrada de gas a la planta y desvan la produccin al flare, las vlvulas BDV abren y descargan el gas contenido en los equipos de compresin al sistema de venteo. El montaje de enfriadores para compresin de gas es integral, se ubica todos los intercambiadores de las etapas mas los requeridos para servicios adicionales (enfriamiento de agua del motor y compresor) y generalmente poseen un solo ventilador acoplado directamente al motor del compresor. El enfriamiento interetapa disminuye el trabajo de compresin y lo hace ms eficiente.

vBIBLIOGRAFA

1. MARTNEZ J. Marcas., Caractersticas y Comportamiento de los hidrocarburos, Ingenieros Consultores Asociados, SA. 2. ENGINEERING DATA BOOK, Gas Processors Suppliers Association GPSA, 9th ed. Tulsa Oklahoma, 1972, with 1974 and 1976 revision. 3. CAMPBELL J. M., Gas Conditioning and Processing. 4. PDVSA., MDP-02-K-02 Manual de Diseo de Proceso Compresores Principios Bsicos 5. PDVSA., MDP-02-K-03 Manual de Diseo de Proceso Compresores Seleccin del Tipo de Compresor 6. PDVSA., MDP-02-K-04 Manual de Diseo de Proceso Compresores Clculos en Sistemas de Compresin 7. Ludwig, E.E., Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, Volume II, Gulf Publishing Company, 1983. 8. Perry Robert H., Chemical Engineers Databook, 5th ed. Mc Graw Hill Book Company, 1983. 9. http://www.arielcorp.com 10. http://www.dresser-rand.com 11. http://www.coopercameron.com

vii

ANEXOS