Date post: | 13-Nov-2015 |
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COMPRESORES
INTRODUCCION
La compresin de gases y vapores es una operacin importante en plantas de proceso de la industria hidrocarburfera.
CLASIFICACION GENERAL
COMPRESORES RECIPROCANTES
Se utilizan ampliamente en la industria, son flexibles en caudal y rango de presin de descarga.
Rangos:
Potencia motor : de 1 a 10.000 C.V.
Presin descarga: de 1 a ms de 700 atm
Velocidad: de 125 a 1000 r.p.m.
Caudal: Hasta 10 000 cfm (4,7 m3/s)
COMPRESORES ROTATORIOS
Los tipos principales son:
SOPLANTE DE LBULOSCOMPRESORES DE TORNILLOCOMPRESORES DE PALETASCOMPRESORES DE ANILLO LIQUIDOSoplante de Lbulos
Compresor de Tornillo
Compresor de paletas
COMPRESORES CENTRIFUGOS
Los compresores dinmicos dependen de la conversin de energa cintica en energa de presin. Pueden ser de tres tipos:
COMPRESORES CENTRFUGOS, que aceleran el fluido en la direccin radial.COMPRESORES AXIALES, que aceleran el fluido en la direccin del eje (VENTILADORES y SOPLANTES)COMPRESORES DE FLUJO MIXTO.Los compresores centrfugos operan con velocidades de flujo de hasta 140 m3/s y presiones de hasta 700 bars.
COMPRESORES CENTRIFUGOS
COMPRESORES CENTRIFUGOS
COMPRESORES CENTRIFUGOS
COMPRESORES CENTRIFUGOS
CONSIDERACIONES GENERALES PARA LA SELECCION
Propiedades del fluido. Son importantes en el establecimiento de la operacin del equipo de compresin. Siempre que sea posible se debe darse el anlisis del fluido. Si no se tiene esta informacin puede haber cierta desviacin de las razones de capacidades calorficas, pesos moleculares, etc. Con lo cual no se podr tener con certeza la operacin actual del equipo.
Compresibilidad. La compresibilidad del gas es un factor importante que influye en la capacidad del compresor. Es buena prctica establecer valores de compresibilidad a diferentes temperaturas y presiones en el rango de compresin bajo consideracin. Considerando la compresibilidad los volmenes son corregidos para cada condicin de entrada a la primera etapa y las subsecuentes.
Naturaleza corrosiva. Deben identificarse los fluidos corrosivos o contaminantes. La corriente principal del gas puede o no ser corrosiva bajo ciertas circunstancias, pero los contaminantes pueden requerir considerable atencin en el diseo del cilindro.
Mezclas. Las mezclas en un gas pueden contener vapor de agua proveniente del aire o de un lavador de gases, o algn otro vapor condensable. Esto es importante en la determinacin del volumen manipulado por el compresor.
CONSIDERACIONES GENERALES PARA LA SELECCION
Condiciones especiales. Muchas veces el proceso puede tener condiciones las cuales controlan la flexibilidad de la seleccin del equipo de compresin. Estas pueden incluir temperaturas limites antes de que el gas se polimerice, reaccin qumica, exceso de calor para los materiales de lubricacin, condiciones explosivas sobre ciertos lmites de temperatura. Debe especificarse la cada de presin lmite entre etapas. Usualmente puede ser tolerada una cada de presin de 3 5 psig entre etapas para la mayora de condiciones. El aumento de la cada de presin aumenta el consumo de potencia. Situaciones especiales pueden bajar esta cada de presin a 0,5 - 1 psig.
Caractersticas de operacin. Si usted mira las ecuaciones de trabajo, entonces es claro que los compresores sean muy sensitivos para las condiciones de la entrada, incluyendo temperatura y presin. Es menos obvio, pero importante, el peso molecular del gas. Es un problema particular cuando una corriente de materiales "ligeros" est contaminada con un poco de un compuesto ms pesado
GUIA GENERAL DE SELECCIN DE LOS COMPRESORES
La seleccin de los compresores se realiza por consideraciones prcticas, ms que por tcnicas o econmicas.
Seleccin en funcin de la velocidad de compresin y caudal
GUIA GENERAL DE SELECCIN DE LOS COMPRESORES
Seleccin en funcin de la Presin de descarga y caudal
GUIA GENERAL DE SELECCIN DE LOS COMPRESORES
Seleccin en funcin de la Presin de descarga y caudal
GUIA GENERAL DE SELECCIN DE LOS COMPRESORES
Seleccin en funcin de la Presin de descarga y caudal
PROCESO DE COMPRESIN DEFINIDO POR EL DIAGRAMA PV
COMPRESIN RECIPROCANTE: Es adiabticaNo hay cambios de forma de energa: de presin a presinCOMPRESION CENTRIFUCA: Es politrpicaCambios de forma de energa: de cintica a presinDESEMPEO DE LOS COMPRESORES
En el compresor centrifugo la presin es aprox. constante para diferentes flujos En el compresor reciprocante el flujo es aprox. constante para un rango de presinEn compresor axial est entre el centrifugo y el reciprocanteEFICIENCIA DEL COMPRESOR RECIPROCANTE
Depende de:Relacin de compresinTamao del cilindroDiseo de las vlvulasMaterialesTEORIA BSICA COMPRESOR RECIPROCANTE
1. Estado inicial
2. Compresin
3. Descarga
4. Expansin
5. Admisin
TEORIA BSICA COMPRESOR RECIPROCANTE
Diagrama de compresin en un compresor reciprocante.Prdidas actuales y efecto de k = Cp/Cv sobre la operacin
TEORIA BSICA COMPRESOR RECIPROCANTE
Eficiencia volumtrica = Capacidad / Desplazamiento del pistnEf. Vol ( %) = 100 ( rL / k- L)c L
r = Relacin de compresin
k = Cp / Cv
c = espacio libre en el cilindro
L = factor de correccin ( tpicamente 37%)
Potencia del CompresorBHP = [ ZRT(r k-1 / k-1)(k/(k-1))/3300mNAD]
Z = factor de compresibilidad para los gases reales
R = Constante de los gases, 1545 / P.M.
k = Cp/Cv
r = Relacin de compresin
NAD = Eficiencia Adiabtica
m = flujo msico, Lb/min
Energa de los compresores reciprocantes
Control de los compresores reciprocantes
Vlvulas de succin descargadasUn cilindro est descargado cuando las vlvulas de succin estn manual o automticamente abiertas. Se tiene una descarga del 75, 50, 25 o 0% para una maquina de doble cilindro.
Bolsillos de los cilindrosEste dispositivo cambia el espacio vaco efectivo ( por lo tanto la eficiencia volumtrica ) y es viable para servicios con una relacin de compresin mayor o igual a 2:1
By passLos dos casos mencionados anteriormente reducen la capacidad del compresor, el by-pass regresa un flujo de gas al tambor de succin, con esta sistema se incrementa el consumo de energa
Ventajas de los compresores reciprocantes
Altas relaciones de compresin: en plantas de polietileno hasta 50000 psig. Limitado a temp. y resistencia mecnica del emboloVolumen constante, presin variableFlexibilidad a cambios en el Peso molecularTecnologa bsica: Fcil de operar y de mantenerAlta eficienciaDesventajas de los compresores reciprocantes
Requerimientos exigentes para las bases de concreto y soportera de las tuberasFlujo pulsante: Esta pulsacin puede ser transmita a otros equipos, complica la medicin de flujoSensible al contenido de slidos y liquido en el gas: Los empaques, anillos y vlvulas son extremadamente sensiblesAltos costos de mantenimiento: aprox. US$ 35 / BHP AoGrandes requerimientos de rea para la instalacinLimitaciones para el manejo de grandes volmenes de gas: para flujos superiores a 2000 acfm se debe considerar el uso de compresores centrfugosContaminacin con el lubricanteEfectos de torcin: Debido a las caractersticas pulsantes del torque, se debe proteger el motor y el circuito elctrico. Un volante se usa en algunos casos.Teora bsica de los compresores centrfugos
Compresin Isentrpica(Pvk = const.) : Compresin Adiabtica reversible. Entropa constante, es ideal
Compresin politrpica(Pvn = const.) : Es una compresin irreversible, la entropa no es constante
Cabeza :Representa la energa suministrada al gasIsentrpicaPolitrpicaDonde:
P = presin absoluta
V = volumen molar
k = Cp/Cv
n = Constante que depende de las propiedades del gas, el enfriamiento al cuerpo del compresor y las perdidas de energa debidos a la friccin y la irreversibilidad
Teora bsica de los compresores centrfugos
Potencia del CompresorBHP = ( wZRT) k / (k-1) (r (k-1)/ k - 1)
(33000Np)
Donde:
k = Cp/Cv
Np = eficiencia politrpica
R = 1545 / P.M.
Z = compresibilidad promedio
r = Relacin de compresin Pd/Ps
w = lb/min
Temperatura de salida TdTd-Ts = 6.33(2547BHP-L)/(QCp)
Donde:
Ts = Temp. succin
L = perdida de calor hacia los alrededores, BTU/hr
Q = SCFM, 60F, 14.7 psia
Eficiencia politrpica de los compresores centrfugos y de flujo axial
Control de los compresores centrfugos
Regulador de velocidadLINEA DE SURGE
Control de los compresores centrfugos
EstrangulamientoSe usa una vlvula para modificar la resistencia del sistema. Se coloca en la succin puesto que se tiene menor presin, al restringir la vlvula se incrementa el acfm lo que incrementa la eficiencia del compresor
PValv
Control de los compresores centrfugos
BypassPermite una gran flexibilidad, incrementa el flujo de gas y por lo tanto la demanda de potencia
BHP ~ ( NT1) k r (k-1)/ k 1
(k-1)
Donde:
N = numero de moles
T1= Temperatura de succin
r = relacin de compresin
k = Cp/Cv
Absorber
Gas
Surge (Sobrecarga)
Cuando comienza el surge, el flujo de gas cambia de direccin a travs del rotor, cambiando las fuerzas en el ejeACFM
Hp, pies
Surge
Ventajas del compresor centrifugo
Alta disponibilidad, bajo mantenimiento: Normalmente puede operar por ms de cinco aos sin parar para inspeccinCapacidad de manejo de grandes flujosTolera el contenido de pequeas cantidades de liquido y partculas en el gasFlujo ms estable: ms fcil la medicin del caudal, el control, mnimos requerimientos de la fundacin y soportera de las tuberas ms simpleRango de flujo mayor: Se tiene un mayor rango de flujo a una presin relativamente constanteContaminacin del gas de proceso: El sistema de sello se disea para que el fluido de sello contaminado con el gas de proceso sea ruteado al sistema de teaCompatibilidad con el motor: No tiene problemas de torsin. La relacin Torque-Velocidad es compatible con motores y turbinasDesventajas del compresor centrifugo
Rango en el peso molecular: Debe disearse teniendo en cuenta el rango de peso molecular a manejarm/v= = P x P.M./ (ZRT)
P ~ (Densidad del vapor ) x (Cabeza politrpica)
Baja eficiencia para bajos flujos: El consumo de energa del compresor centrfugo por debajo de 1000 acfm es 20%-30% mayor que el reciprocantePosibilidad de estar en surge: Se requiere de un sistema de control que prevenga este estadoSofisticacin : Requieren mayor conocimiento y capacidad para ser operados que los reciprocantesTeora bsica de los compresores axiales
La curva de la compresin en un compresor axial es politrpica, igual que un compresor centrifugo.Tiene una serie de cuchillas rotativas y estacionarias. La rotativas imparten energa de velocidad la cual es convertida a presin. Las estacionarias redireccionan el flujo a la siguiente etapa de mayor presin.Es muy usado en servicios de aire y nitrgenoControl de los compresores axiales
Regulador de velocidadAl igual que en los compresores centrfugos, es una manera muy flexible para hacer el control.
Control de los compresores axiales
Estatores variables:Es una manera mucho ms eficiente que el estrangulamiento para el control de un compresor de velocidad fija Se cambia el patrn de flujo del gas a travs del compresor, mediante el cambio en el ngulo de direccin de las cuchillas del estator.En algunos casos se usa en combinacin con el sistema anteriorControl de los compresores axiales
BypassAbsorber
Gas
Ventajas del compresor axial
Alta eficiencia: El compresor axial tiene de 6% a 8% mejor eficiencia que un centrifugoTamao de la carcaza menor: Comparado con el centrifugo su carcaza es relativamente menorBajo mantenimiento: Es tan confiable como el centrifugoMayor compatibilidad con una turbina de recuperacin de calor: En la mayora de los casos el compresor axial y el expansor giran mas cerca de sus velocidades optimas que el compresor centrifugo y el expansorFlujo constante a un mayor rango de presinCompatibilidad con el motor : No tiene problemas de torsin. La relacin Torque-Velocidad es compatible con motores, turbinas de vapor o turbinas de gasFlujo ms estable: Al igual que los centrfugos el flujo es ms estable, en fabrica se calibra la garganta de entrada para medir el flujo de en forma precisaDesventajas del compresor axial
Ensuciamiento de las cuchillas: Si el filtro en la succin no est operando adecuadamente, la cuchillas se pueden erosionar en ras de alta velocidad, lo que afecta grandemente el comportamientoSensible al Surge: Se requiere de un sistema para control de antisurge, normalmente el proveedor provee una caja negra con los parmetros de velocidad, flujo de entrada, presin diferencial, ngulo del estator, etc. Sofisticada tecnologa: Se requiere para el anlisis de problemas de expertosCosto: Puede costar cerca de US$ 200.000 a US$ 500.000 ms que el compresor centrifugoManejo de hidrocarburos: Se tiene poca experiencia para el manejo de gases diferentes al aire y nitrgeno[
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DIAGRAMA DE MOLLIERDIAGRAMA DE MOLLIER