Compresores Dinamicos.

218
Pemex Refinación COMPRESORES Instituto Mexicano del Petróleo ® Derechos Reservados 2011 ©

description

Teoría de los Compresores Dinámicos.

Transcript of Compresores Dinamicos.

COMPRESORES

Proyecto:FORMACIN DE CUADROS DE REEMPLAZOPARA OCUPAR PUESTOS DE CONFIANZA CL3 GRUPO 3 (SEMILLEROS)

Lder de proyecto:Ing. Ren Soltero Senz

Elabor:Ing. Josafat Bentez MartnezIng. Manuel Mndez ZigaIng. Marco Antonio Rendn SosaIng. Hugo Martnez de SantiagoIng. Alberto Carrasco RuedaIng. Carlos A. Medina MaldonadoIng. Tirso M. Policarpo MoralesLic. Erik Alberto Santos Prez

Copyright 2011 INSTITUTO MEXICANO DEL PETRLEOContenidoOBJETIVO INSTRUCCIONAL7INTRODUCCIN91COMPRESORES DINMICOS111.1CONCEPTOS BSICOS DE COMPRESORES DINMICOS.111.1.1Relacin de compresin.111.1.2Capacidad de un compresor.111.1.3Trabajo y potencia.121.1.4Revoluciones por minuto (RPM).131.2CLASIFICACIN DE COMPRESORES DINMICOS.131.2.1Clasificacin de los compresores dinmicos.141.2.2Compresores Axiales.141.2.3Compresores centrfugos.161.3DESCRIPCIN DE LAS PARTES DE UN COMPRESOR CENTRFUGO.211.4SISTEMAS AUXILIARES DE UN COMPRESOR CENTRFUGO.371.4.1Sistema de lubricacin.371.4.2Sistemas de enfriamiento.391.4.3Elemento motriz.401.4.4Sistemas de seguridad.401.5DESCRIPCIN DE LA OPERACIN DE LOS COMPRESORES CENTRFUGOS.421.5.1Curvas de comportamiento de los compresores centrfugos.421.5.2Definicin y ubicacin de los puntos de operacin y de surge.431.5.3Sistemas de control antisurge.441.5.4Operacin en serie y en paralelo.481.5.5Parmetros que afectan el comportamiento del compresor.491.6PROCEDIMIENTOS DE OPERACIN Y ANLISIS DE FALLAS DE COMPRESORES CENTRFUGOS.501.6.1Operacin normal.501.6.2Procedimientos de arranque y paro.511.6.3Solucin de problemas en compresores centrfugos.542COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO582.1PRINCIPIOS TERMODINMICOS Y COMPORTAMIENTO DE LOS GASES.582.1.1Comportamiento de los gases.622.2PRINCIPIOS DE OPERACIN Y CLASIFICACIN GENERAL DE LOS COMPRESORES.682.2.1Uso de los diferentes tipos de compresores.692.3DESCRIPCIN DE LOS COMPRESORES RECIPROCANTES.692.3.1Comportamiento de los compresores reciprocantes (ciclo de compresin).732.3.2Sistemas para el control de capacidad.772.3.3Descripcin de las partes de los compresores reciprocantes.842.4DESCRIPCIN DE LOS COMPRESORES ROTATORIOS.1052.4.1Compresores de lbulos.1052.4.2Compresores de aspas deslizantes.1052.4.3Compresores de tornillo.1062.4.4Compresores de pistn lquido.1072.5PROCEDIMIENTOS GENERALES DE OPERACIN DE LOS COMPRESORES RECIPROCANTES.1082.5.1Operacin normal.1082.5.2Procedimientos de arranque y paro.1092.6ASPECTOS DE SALUD OCUPACIONAL, SEGURIDAD Y PROTECCIN AMBIENTAL.1122.6.1Precauciones para compresores de aire1123CALCULO, ESPECIFICACIN, SELECCIN Y EVALUACION DE COMPRESORES EN PLANTAS DE PROCESOS Y REFINACION.1153.1CLASIFICACIN DE COMPRESORES.1153.2EVALUACIN DE LOS COMPRESORES CENTRFUGOS.-1313.3CALCULO DETALLADO.-134BIBLIOGRAFA141

FigurasFig. 11. Trabajo y potencia.16Fig. 21. Principio de operacin de los compresores dinmicos.17Fig. 22. Direcciones del movimiento de un eje o flecha.18Fig. 23. Compresor axial.18Fig. 24. Disposicin de los labes.19Fig. 25. Rotor y carcasa de compresor axial.20Fig. 26. Principios de operacin.21Fig. 27. Inicio del movimiento circular.21Fig. 28. Deflexin de la bola al inicio del giro.21Fig. 29. Movimiento con respecto a un punto fijo.21Fig. 210. Fuerza centrifuga.22Fig. 211. Trayectoria de desplazamiento.22Fig. 212. Velocidad en los puntos a y b.23Fig. 213. Construccin de impulsor.23Fig. 214. Movimiento del gas.23Fig. 215. Operacin de un impulsor.24Fig. 216. Difusor.24Fig. 217. Carcasa tipo voluta.24Fig. 218. Impulsores y difusores.25Fig. 31 Carcasa verticalmente dividida.25Fig. 32. Ensamble de carcasas.26Fig. 33. Impulsor abierto.26Fig. 34. Impulsor semicerrado.26Fig. 35. Impulsor cerrado.27Fig. 36. Montaje de un impulsor.27Fig. 37. Vista de los diafragmas en un compresor multietpico.28Fig. 38. Diafragmas y difusores.28Fig. 39. Aspas guas.29Fig. 310. Detalle sello de laberinto.29Fig. 311. Sello de laberinto.29Fig. 312. Gas de alta velocidad fugando por el sello de laberinto.30Fig. 313. Sello de ensamble.30Fig. 314. Sellos externos de un compresor.30Fig. 315. Gas de referencia.31Fig. 316. Sello con entrada de gas inerte.31Fig. 317. Sello de anillo restrictivo.32Fig. 318. Arreglo de sello restrictivo.32Fig. 319. Sello de pelcula.33Fig. 320. Sello de contacto.33Fig. 321. Sello de pelcula lquida.34Fig. 322. Sistema con tanque elevado.34Fig. 323. Anillo distribuidor en los sellos de pelcula.35Fig. 324. Operacin de un sello seco.35Fig. 325. Arreglo del sello seco.36Fig. 326. Tipos de movimiento que se presentan en una flecha.37Fig. 327. Chumacera radial.38Fig. 328. Chumacera axial o de empuje.38Fig. 329. Lubricacin de chumacera radial.39Fig. 330. Zapatas de carga de rodamiento de empuje.39Fig. 331. Balance de fuerzas en un compresor.39Fig. 332. Tambor de balance y lnea de balance.40Fig. 333. Equilibrio del movimiento axial a travs del tambor y lnea de balance.40Fig. 334. Componentes de un compresor centrfugo.41Fig. 41. Sistema de lubricacin de un compresor.42Fig. 42. Filtros y enfriadores del sistema de lubricacin.42Fig. 43. Diafragmas enfriados.43Fig. 44. Interenfriador.43Fig. 45. postenfriador.44Fig. 46. Elemento motriz de un compresor.44Fig. 47. Sistema de gobierno de una turbina de vapor.45Fig. 51. Curvas de comportamiento de un compresor centrfugo.46Fig. 52. Curvas tpicas de un compresor.47Fig. 53. Puntos de operacin de un compresor.48Fig. 54. Arreglos de control antisurge.49Fig. 55. arreglo de un sistema tpico de control antisurge.50Fig. 56. Pantalla de control antisurge.51Fig. 57. Compresores en serie.52Fig. 58. Operacin de compresores en paralelo sin vlvula check.52Fig. 11. Diagrama P-v.64Fig. 12. Diagrama representando un proceso isocrico.64Fig. 13. Diagrama representando un proceso isbrico.64Fig. 14. Representacin grfica de un proceso isotrmico.65Fig. 15. Representacin de un proceso adiabtico.65Fig. 16. Cambios politrpicos.65Fig. 17. Leyes que rigen la relacin entre la presin, volumen y temperatura de un gas.66Fig. 18. El volumen disminuye al aumentar la presin a temperatura constante.67Fig. 19. A presin constante al aumentar la temperatura aumenta el volumen.68Fig. 110. A volumen constante la presin aumenta con la temperatura.68Fig. 111. Representacin de la ley general de los gases.69Fig. 112. Diagrama P-V-T.69Fig. 113. Diferencia entre un vapor y un gas en un diagrama P-V-T.70Fig. 21. Clasificacin general de los compresores.73Fig. 31. Admisin y descarga del gas.74Fig. 32. Funcionamiento de las vlvulas del compresor.74Fig. 33. Carrera del pistn en un compresor de simple efecto o accin.75Fig. 34. Pistn de doble efecto.75Fig. 35. Carrera del pistn en la etapa de compresin por el lado tapa.75Fig. 36. Admisin de gas por el lado cigeal.76Fig. 37. Admisin lado tapa y descarga lado cigeal.76Fig. 38. Diagrama presin vs volumen.77Fig. 39. Posicin del pistn correspondiente a la presin de descarga.77Fig. 310. Expansin del gas dentro del cilindro.78Fig. 311. Admisin de gas fresco al cilindro.78Fig. 312. Compresin del gas.79Fig. 313. Carrera del pistn en un ciclo completo de compresin.79Fig. 314. Trabajo realizado en un ciclo de compresin.79Fig. 315. La distancia B-C representa el volumen real del gas succionado por el pistn.80Fig. 316 La relacin B-C entre A-C nos da la eficiencia volumtrica del compresor.80Fig. 317. Vlvula de estrangulamiento para controlar el flujo de gas al compresor.81Fig. 318. Efecto de la vlvula de estrangulamiento en el Diagrama PV.82Fig. 319. Gas atrapado entre las paredes del cilindro y pistn (espacio libre).82Fig. 320. Expansin del gas atrapado en el espacio libre.83Fig. 321. Diagrama P-V de un compresor con espacios libres.83Fig. 322. Espacio libre excesivo del cilindro.84Fig. 323. Compresor con espacio libre permanente.84Fig. 324. Compresor con espacio libre que puede ser bloqueado.84Fig. 325. Espacio libre removible a travs de bridas.85Fig. 326. Espacio libre ajustable.85Fig. 327. Vlvula de descargadora.85Fig. 328. Descargador automtico en posicin abierto.86Fig. 329. Descargador automtico operado por la presin de descarga del compresor.86Fig. 330. Ajuste de la capacidad del compresor con control de velocidad del motor o turbina.87Fig. 331. Tren de engranes y juego de poleas y bandas como reductores de velocidad.87Fig. 332. Pistn y cilindro como partes principales de un compresor reciprocante.88Fig. 333. Partes de un compresores reciprocante.88Fig. 334. Mecanismo del cigeal de un compresor.89Fig. 335. Cilindros y pistones de un compresor reciprocante.89Fig. 336. Motocompresor.90Fig. 337 Asiento de una vlvula90Fig. 338. Placa en forma de canal y muelle.91Fig. 339. Asiento de vlvula.91Fig. 340. Vlvula de disco.91Fig. 341. Vlvula de descarga.92Fig. 342. Camisa o manga.93Fig. 343. Orificio de lubricacin bloqueado por la camisa desalineada.93Fig. 344. Pistones menores a 7 y de ms de 7.94Fig. 345. Partes de un pistn.94Fig. 346. Tolerancia entre anillos.95Fig. 347. Anillos del pistn.95Fig. 348 Anillos con aceite de lubricacin.96Fig. 349. Empaques de anillos metlicos.96Fig. 350. Anillos segmentados.97Fig. 351. Colocacin del sellos B-Ring.97Fig. 352. Arreglo de sellos.98Fig. 353. Lubricacin de flecha y pistn.98Fig. 354. Drenado de aceite.98Fig. 355. Caja de sellos con enfriamiento y venteo.99Fig. 356. Cruceta tpica atornillada.100Fig. 357. Biela con cojinetes100Fig. 358 Cabeza del cilindro con cojinete externo101Fig. 359. Sistema de lubricacin por salpicadura.102Fig. 360. Paso de aceite por el cigeal al perno.102Fig. 361. Sistema de lubricacin forzada.102Fig. 362. Filtro.103Fig. 363. Vlvula de relevo.103Fig. 364. Enfriador de aceite de un sistema de lubricacin forzada.103Fig. 365. Lubricacin por bloques.104Fig. 366. Puntos de lubricacin.104Fig. 367. Lubricacin de un compresor con motor integral.105Fig. 368. Lubricadores de un sistema de lubricacin a cilindros.105Fig. 369. Puntos de lubricacin en el cilindro.106Fig. 370. Compresor de baja capacidad con aletas de enfriamiento en el cilindro.106Fig. 371. Carcaza de un compresor con chaquetas de enfriamiento.107Fig. 372. Interenfriador de gas.107Fig. 373. Disco de ruptura instalado y actuado.108Fig. 374. Vlvula de relevo.108Fig. 41. Compresor de lbulos.109Fig. 42. Compresor de aspas deslizantes.110Fig. 43. Distribucin de gas en el compresor.110Fig. 44. Flujo de gas en el interior de un compresor de pistn lquido.111

TablasTabla 21. TABULACIN GENERAL DE LOS COMPRESORES.121Tabla 22. Pesos moleculares y funciones de calor especfico de gases comunes124

Pemex Refinacin

Compresores

Pemex Refinacin

12Instituto Mexicano del Petrleo Derechos Reservados 2011 Instituto Mexicano del Petrleo Derechos Reservados 2011 OBJETIVO INSTRUCCIONALCompresores dinmicosIncrementar su desempeo al emplear los conocimientos adquiridos en la capacitacin y desarrollar las habilidades que le permitan arrancar, parar, y solucionar los problemas que se presenten, manteniendo la continuidad de la operacin de los compresores dinmicos a su cargo, cumpliendo con los procedimientos operativos y de seguridad establecidos en su rea de trabajo.Compresores de desplazamiento positivoAnalizar los principios de operacin de los compresores a travs de las propiedades termodinmicas de los gases. Identificar las partes principales y sistemas auxiliares que integran los compresores reciprocantes y rotatorios. Operar correctamente los compresores y secadores de aire aplicando las normas de seguridad, proteccin ambiental y calidad vigentes.Pemex Refinacin

Compresores

13Instituto Mexicano del Petrleo Derechos Reservados 2011 INTRODUCCINCompresores dinmicosPor ser los compresores dinmicos uno de los equipos ms importantes y utilizados en PEMEX, se da una clasificacin de los mismos. Se exponen los principios de operacin de los compresores centrfugos y los elementos constitutivos de los mismos; tambin se tratan puntos como los sistemas de control anti surge, sistemas de lubricacin, sellos hmedos y sistema de sellos secos, tambin se analizan los dispositivos de seguridad, y procedimientos generales de arranque y paro. Consideramos que la capacitacin, contribuir a la formacin y actualizacin del personal de, lo que les proporcionar los conocimientos bsicos y especficos que les permitirn incrementar su nivel de competencia laboral, demostrndolo al desempear sus actividades dentro de la empresa con mayor seguridad y cumpliendo con las actividades propias de su puesto, lo que se traducir en un incremento de la productividad de PEMEX.Compresores de desplazamiento positivoEn este manual se proporciona los aspectos ms importantes sobre la operacin de los compresores de desplazamiento positivo, con la finalidad que se operen estos equipos correctamente. Al inicio, hay una descripcin de las propiedades termodinmicas y el comportamiento de los gases, a travs de sus leyes fundamentales.Se da una clasificacin general de los compresores y se detallan los principios de operacin de los compresores reciprocantes, su comportamiento mediante el ciclo de compresin y se mencionan las diferentes formas que hay para controlar su capacidad.Se describe e ilustran cada una de las partes de los compresores reciprocantes, mencionando la forma de operacin de cada una de ellas, con lo que queda de manifiesto la importancia de cada una de sus piezas. Tambin hay ilustraciones de las partes de los compresores rotatorios. Se muestran los sistemas de lubricacin, enfriamiento y de seguridad de los compresores reciprocantes, con el fin de tener una mejor idea de la importancia de estos sistemas e identificar los puntos clave de control durante su operacin. Se hace nfasis en la operacin de los compresores reciprocantes a travs de la descripcin de la operacin normal, as como de los procedimientos generales de arranque y paro. Se hace la aclaracin que este tema deber reforzarse en forma detallada con los procedimientos operativos especficos correspondientes.Pemex Refinacin

Compresores

COMPRESORES DINMICOSCONCEPTOS BSICOS DE COMPRESORES DINMICOS.Relacin de compresin.Un compresor es una maquina que al hacer trabajo sobre un gas le aumenta su presin, pues el gas que entra a una compresora lo hace a cierta presin y sale a una presin superior.La diferencia entre la presin de descarga y la presin de succin representa el trabajo efectuado por el compresor sobre el gas, menos las prdidas debidas al calor y friccin.La relacin de compresin R es la relacin entra la presin absoluta de descarga y la presin absoluta de succin o sea P2/P1, donde P2 es la presin absoluta de descarga y P1 la presin absoluta de succin.

Los manmetros normales no registran la presin atmosfrica pues marcan cero cuando estn comunicados con el aire atmosfrico.Pero como para determinar la relacin de Compresin R hay que hacer uso de presiones absolutas o sea presiones medidas a partir del cero absoluto de presin, que es cuando no exista ninguna partcula de gas que pueda producir alguna presin en el recipiente que la contenga, es necesario sumar la presin atmosfrica que es de 1.033 kg/cm2 al nivel del mar a la presin que marque el manmetro.Por ejemplo, si un compresor succiona un gas a la presin atmosfrica de 1.033 kg/cm2 y lo descarga a 4 kg/cm2 ledos en un manmetro normal, la presin absoluta de succin es de 1.033 kg/cm2 y la presin absoluta de descarga es de 4 + 1.033 = 5.033 kg/cm2, por lo tanto, la relacin de compresin ser de 5.033/1.033, o sea de 4.872.Capacidad de un compresor.La capacidad de un compresor en trmino de flujo volumtrico es el volumen de gas que maneja en un periodo dado de tiempo as, miles de pies cbicos por minuto (MCFM) y metros cbicos por minuto (m3/min) son unidades de capacidad de los compresores, y esta capacidad es medida antes de la compresin a condiciones de temperatura y presin dadas en la succin. La capacidad lmite de un compresor es el mximo gasto de gas que puede manejar.Trabajo y potencia.Se dice que se realiza un trabajo cuando una fuerza desplaza a un cuerpo una determinada distancia, una unidad para medir el trabajo es el kilogrmetro (kg-m) o sea el trabajo que realiza para mover el peso de un kilogramo la distancia de un metro. En el sistema internacional de unidades (SI), la unidad de trabajo es el Newton por metro (N-m), que recibe el nombre de Joule (J). En el sistema CGS, la unidad de trabajo es el Ergio (dina-cm). En el sistema Ingles, la unidad de trabajo es la libra-pie (lb-ft). En el sistema tcnico gravitatorio mtrico, la unidad de trabajo es el kilogrmetro.POTENCIA (P) es la rapidez con la que se realiza un trabajo.

La potencia es el trabajo efectuado por unidad de tiempo, as, si se hace un trabajo de 76kgm en un segundo se dice que se tiene la potencia de un caballo de fuerza (HP), Fig. 11.

Fig. 11. Trabajo y potencia.En el sistema internacional de unidades (SI), la unidad de potencia es el Watt (W) o Vatio

En el sistema ingls, la unidad de potencia es el caballo de fuerza (HP)

Como factores de conversin de una unidad a otra se tiene que:

yHa sido una costumbre usar el Watt o Vatio como unidad de potencia elctrica y el caballo de fuerza como potencia mecnica pero esto no es ms que una convencin.Revoluciones por minuto (RPM).RPM es la abreviacin de revoluciones por minuto; y puesto que el impulsor de un compresor centrfugo tiene que girar para mover un gas, conforme aumente las RPM de este la velocidad del gas aumenta o sea que se efecta un trabajo mayor sobre el gas.Para unas RPM dadas se efecta un trabajo determinado (medido en kg-m) por unidad de peso del gas, sin embargo, el peso especifico de los gases, o sea el peso por unidad de volumen, varia de uno a otro, dicho en otras palabras, un gas con un peso especifico mayor pesa ms para su mismo volumen que un gas con un peso especifico menor.Como para unas RPM dadas el trabajo hecho por unidad de peso de gas es igual para los diferentes gases, lo que varia es el volumen que ocupa cada gas, y adems, a unas RPM dadas los m3/min que el compresor maneja son constantes dando como consecuencia que con el gas ms denso el compresor manejara un peso, en kg, de gas mayor.No obstante que el trabajo efectuado por unidad de peso en diferentes gases ms densos, y al aumentar el peso de gas en una unidad de tiempo, se hace necesario efectuar un trabajo total mayor en el mismo tiempo, lo que quiere decir que se va a requerir ms potencia (en HP) para que un compresor maneje un gas ms denso a las misma RPM.CLASIFICACIN DE COMPRESORES DINMICOS.Un compresor dinmico aumenta la energa de un gas en igual forma que lo hace un ventilador, Fig. 12, el giro de las aspas obliga al aire a moverse o a fluir, el aire que est en reposo tiende a permanecer en reposo, y cuando las aspas empiezan a girar empujan el aire, como existen molculas de aire que se resisten al movimiento, el aire empujado por las aspas es comprimido y aumenta la presin, cuando las aspas del ventilador vencen la resistencia del aire estacionario se produce el empuje de aire hacia delante.

Fig. 12. Principio de operacin de los compresores dinmicos.Conforme las aspas giren ms rpido, el aire es impulsado a mayor velocidad; el ventilador que efecta un trabajo sobre el aire, aumenta la presin y la velocidad de este, aumentando el contenido total de energa en el aire.Clasificacin de los compresores dinmicos.En un compresor dinmico, el aumento de presin se obtiene comunicando a un flujo de gas, cierta velocidad o energa cintica, que se convierte en presin al desacelerar el gas, cuando este pasa a travs de un difusor.Como ya se defini anteriormente los compresores dinmicos se clasifican en: Compresores Axiales. Compresores Centrfugos.Compresores Axiales.El movimiento en direccin al eje de una flecha es llamado movimiento axial, en la Fig. 13 se muestran las direcciones del movimiento circular y axial.

Fig. 13. Direcciones del movimiento de un eje o flecha.Un compresor que mueva un gas paralelamente al eje de su flecha se denomina compresor axial y tiene labes tanto en el rotor como en el estator, Fig. 14.

Fig. 14. Compresor axial.Los labes del rotor estn fijos a la flecha y giran con ella, mientras que los labes del estator estn fijos a la carcasa y su arreglo es tal que quedan en forma alternada o sea que un alabe del estator queda entre dos labes del rotor, Fig. 15.

Fig. 15. Disposicin de los labes.Los labes del rotor actan de igual forma que las aspas de un ventilador, y conforme giren obligan al gas a fluir hacia los labes del estator, y al pasar por el espacio sobre entre los dos labes el gas pierde velocidad aumentando su presin, o sea que el espacio entre los labes acta como un difusor. Las aspas del estator guan adems el flujo de gas hacia los siguientes labes del rotor y en cada juego de labes del estator-rotor aumenta la presin del gas.Los labes dentro de un compresor axial no son del mismo tamao, pues cada vez son ms pequeos, conforme se acerquen a la descarga.Esto es debido a que el gas del compresor es obligado a ocupar un volumen cada vez menor por efecto de habrsele aumentado su presin.Principios de funcionamiento.Los compresores de flujo axial estn constituidos de un nmero de etapas de labes rotatorios que son arrastradas por la turbina (elemento motriz) y que giran entre las etapas de labes estatores o fijos. Tanto los labes rotatorios o del rotor como los labes del estator o fijos, tienen formas de perfiles aerodinmicos y estn montados de manera que forman una serie de pasos divergentes a travs de los cuales el aire fluye en una direccin axial al eje de rotacin.A diferencia de una turbina que tambin emplea labes de rotor y labes fijos de estator, el camino del flujo de un compresor axial disminuye en rea de la seccin transversal en la direccin del flujo, reduciendo el volumen del gas a medida que avanza la compresin de etapa a etapa y manteniendo constante la velocidad axial del gas a medida que la densidad aumenta a lo largo del compresor. La convergencia del paso anular del gas se consigue por medio de la conicidad del crter o del rotor. Tambin es posible una combinacin de ambos. La Fig. 16 nos muestra un compresor axial.El compresor centrfugo tiene las siguientes ventajas sobre el compresor axial:a) Mayor robustez y, por tanto, mayor seguridad en la explotacin.b) Menor nmero de etapas.c) Mayor facilidad de alojamiento de los sistemas de refrigeracin intermedia.d) Mayor zona de estabilidad de funcionamiento, en lo que respecta al problema de compresin del surge.El compresor axial ofrece las siguientes ventajas con relacin al compresor radial:a) Mejor rendimiento.b) Para un mismo flujo msico y presin, mayor nmero de revoluciones.c) El turbocompresor axial tiene menor volumen, menor superficie frontal y menor peso para igualdad de flujo msico y de relacin de compresin. Esta ventaja es excepcionalmente importante en aviacin, e histricamente constituy el estmulo para la evolucin del turbocompresor axial con destino a los turborreactores; la ventaja se hace patente en el campo de las relaciones de compresin elevadas y grandes potencias; por esta razn, los turbocompresores de las turbina de gas de gran potencia suelen ser axiales y los de las turbina de gas de pequea potencia, radiales.

Fig. 16. Rotor y carcasa de compresor axial.Compresores centrfugos.Un compresor centrfugo se puede definir como un equipo dinmico que imparte energa cintica o de velocidad a un gas y la convierte en energa de presin.En los compresores centrfugos, el desplazamiento del gas es esencialmente radial.El compresor consta de uno o ms impulsores y difusores, el gas aspirado por el centro del impulsor, es impulsado por los labes, debido a la fuerza centrfuga, hacia los canales del difusor. El difusor convierte la energa cintica en presin y gua al gas hacia el centro del prximo impulsor y as sucesivamente.Principios de operacin.Un cuerpo en movimiento tendera a desplazarse en lnea recta si no existiese gravedad u otra fuerza que alterara el movimiento. Suponga una bola atada a un hilo o cuerda y que es puesta en movimiento, asumiendo que no existe gravedad y que la cuerda no tiene ningn efecto sobre la bola, sta se movera en lnea recta, Fig. 17.

Fig. 17. Principios de operacin.Si la se fija en un punto y se pone en movimiento, como se ve en la Fig. 18.

Fig. 18. Inicio del movimiento circular.Al principio la bola se mueve en direccin del movimiento, pero cuando la cuerda se estira, esta deflexiona la bola, Fig. 19.

Fig. 19. Deflexin de la bola al inicio del giro.Debido a la deflexin, la bola describe un arco, si la bola lleva suficiente energa continuara movindose en una serie de arcos o crculos, Fig. 110.

Fig. 110. Movimiento con respecto a un punto fijo.Sin embargo, en cada instante de la trayectoria la tendencia de la bola es viajar en una lnea recta, pero existe la deflexin constante de la cuerda que la obliga a describir crculos. La cuerda realmente aplica una fuerza a la bola causando el movimiento circular, dicha fuerza esta dirigida hacia el centro del giro y se denomina Fuerza Centrpeta, si por alguna razn la cuerda se rompiera dejara de ejercer esta fuerza y la bola saldra recta.La fuerza centrfuga, es la tendencia a jalar hacia fuera del centro de giro un cuerpo, o sea que acta en sentido contrario a la fuerza centrpeta. Si un baln de acero es colocado cerca del centro de un disco que tiene aspas o labes, Fig. 111.

Fig. 111. Fuerza centrifuga.Cuando el disco comience a girar, uno de sus labes obligar al baln a moverse, pero el baln tendera a moverse en lnea recta, el resultado es la trayectoria mostrada en la Fig. 112.

Fig. 112. Trayectoria de desplazamiento.En este caso, la fuerza centrpeta no acta y el baln es forzado a alejarse del centro por la accin de la fuerza centrfuga. Cuando el disco gira, el baln est en contacto con el labe.Si vemos la Fig. 113, nos daremos cuenta que el punto A recorrer una distancia ms larga que el punto B, para cada revolucin.

Fig. 113. Velocidad en los puntos a y b.El punto A se mueve ms rpido cuando el disco gira, de aqu que si un cuerpo es desplazado hacia afuera debido a la rotacin del disco, tendr una velocidad mxima cuando salga por el extremo del disco. El impulsor de un compresor est construido de dos placas separadas por labes, Fig. 114.

Fig. 114. Construccin de impulsor.Si el impulsor comienza a girar, los labes obligan al gas a moverse, como las molculas de gas tienden a moverse en lnea recta y no existe fuerza centrpeta, la rotacin hace que las molculas se alejen del centro del impulsor y vayan adquiriendo velocidad, adems el gas se opone al empuje de los labes resultando un aumento en su presin, Fig. 115.

Fig. 115. Movimiento del gas.El impulsor aumenta la presin y la velocidad del gas. Los compresores que utilizan la fuerza centrfuga para impartir presin y velocidad a un gas son los centrfugos.La parte del compresor centrfugo que mueve el gas es el impulsor, Fig. 116. El cual al incrementar la velocidad del gas en la parte de su periferia crea una zona de baja presin en el ojo del impulsor, esta baja presin causa una succin que permite la entrada de ms gas.

Fig. 116. Operacin de un impulsor.Cuando el gas sale del impulsor pasa por unos pasajes llamados Difusor. Cuando el gas entra al difusor, el impulsor no acta directamente sobre este gas, Fig. 117.

Fig. 117. Difusor.Puesto que el tamao del difusor es mayor al tamao del impulsor y este no acta sobre el gas que est en el difusor, la velocidad del gas disminuye aumentando la presin, o sea, que el difusor convierte la velocidad del gas en presin. Del difusor el gas pasa a la voluta, donde contina la conversin de velocidad en presin, Fig. 118.

Fig. 118. Carcasa tipo voluta.As pues, un compresor centrfugo genera trabajo sobre un gas impartindole velocidad y presin. El compresor de la Fig. 119 es de cuatro pasos, por lo que tiene cuatro impulsores separados, cada impulsor y difusor forman lo que se llama un paso o etapa.

Fig. 119. Impulsores y difusores.El gas entra al primer impulsor y recibe velocidad y presin, esa velocidad es parcialmente convertida en presin en el difusor, posteriormente el gas se introduce al ojo del segundo impulsor y as sucesivamente, cada impulsor aumenta la energa del gas, obtenindose con este tipo de arreglo mayores incrementos de presin. Siendo el trabajo total, la suma de los trabajos de cada impulsor hecho sobre el gas.DESCRIPCIN DE LAS PARTES DE UN COMPRESOR CENTRFUGO.1. Carcasa. Existen dos tipos de carcasas en los compresores centrfugos, carcasas verticalmente abiertas y carcasas horizontalmente abiertas, la Fig. 120 muestra un compresor cuya carcasa es de abertura vertical.

Fig. 120 Carcasa verticalmente dividida.Algunas carcasas de este tipo tienen solamente una tapa removible, siendo el extremo opuesto parte de la misma carcasa. Puesto que la carcasa est construida para evitar fugas a travs de ella, las juntas por donde podra escapar el gas se encuentran solamente en los extremos, mientras que en las carcasas de abertura horizontal, la junta es mucho mayor y esta a los largo de toda la carcasa, Fig. 121.

Fig. 121. Ensamble de carcasas.Existen algunos gases tales como el Hidrgeno que son extremadamente difciles de contener, por lo que se utilizan compresores de abertura vertical para disminuir las posibilidades de fugas. Cuando se requiere facilidad de acceso a los componentes internos de una maquina se prefiere que esta sea de carcasa horizontalmente dividida.2. Impulsores. La parte que aumenta la velocidad de un gas dentro de un compresor centrfugo se llama impulsor, existen tres tipos bsicos de impulsores:Abierto. Se usa para altas presiones de descarga en compresores de una sola etapa, Fig. 122.Fig. 122. Impulsor abierto.Semicerrado. Usados para grandes flujos, generalmente en un solo paso, o como primer paso de compresores multietpicos, Fig. 123.Fig. 123. Impulsor semicerrado.Cerrado. Usado ampliamente en compresores multietapicos, Fig. 124.Fig. 124. Impulsor cerrado.Los impulsores estn fijos y giran con la flecha del compresor y deben estar perfectamente balanceados para evitar vibraciones que perjudiquen a la maquina, Fig. 125.

Fig. 125. Montaje de un impulsor.3. Diafragmas. Un compresor centrfugo multietpico contiene diafragmas, estos estn colocados entre los impulsores, Fig. 126. Algunos diafragmas son enfriados con algn lquido el cual circula dentro de ellos y sirve como enfriamiento interno del gas en el compresor.4. Difusor. Las paredes adyacentes a los diafragmas forman unos pasajes llamados difusor. En la Fig. 127 se observa a detalle el montaje del rotor en los diafragmas, el difusor y los pasajes de intercomunicacin.5. Aspas guas. Las aspas guas pueden ser permanentes o reemplazables y estn colocadas a la entrada del ojo de cada impulsor, y sirven para guiar el gas dentro del ojo del impulsor, Fig. 128. Las aspas gua pueden ser ajustables en el primer paso de compresin y con ello controlar la capacidad de un compresor, en algunos casos su ajuste es automtico para mantener el compresor dentro de su rango de operacin.6. Sellos. La flecha del rotor pasa a travs de los diafragmas sin estar en contacto con ellos, como el gas fluye de la succin a la descarga de un impulsor su presin aumenta a la salida de cada impulsor, esta presin tendera a pasar a la regin de baja presin por el espacio entre la flecha y el diafragma; para evitar esto, se deben usar sellos. El tipo de sello ms usado en este tipo de compresores es el sello de laberinto, Fig. 129.

Fig. 126. Vista de los diafragmas en un compresor multietpico.

Fig. 127. Diafragmas y difusores.

Fig. 128. Aspas guas.

Fig. 129. Detalle sello de laberinto.El sello de laberinto es un anillo de metal con dientes o peines que rodean la flecha pero sin tocarla, y hechos de un metal suave como es el aluminio o sus aleaciones, para que en caso de un rozamiento accidental, la flecha no se raye. Los espacios entre los dientes forman un pasaje laberntico, que cuando entra gas en l, este cambia de direccin y reduce su velocidad, esta turbulencia resultante se opone al flujo, pero no evita el 100% de las fugas, Fig. 130.

Fig. 130. Sello de laberinto.En el caso de gases a alta velocidad, el laberinto prcticamente no cambia la direccin del flujo de gas, por lo que no se forma turbulencia aumentando la fuga de gas a travs del sello, como se ve en la Fig. 131.

Fig. 131. Gas de alta velocidad fugando por el sello de laberinto.Para evitar esto se utilizan sellos de laberinto de ensamble Fig. 132, en este caso, la flecha tiene ranuras o canales que ensamblan en los dientes del sello de laberinto, eliminndose el paso directo del gas a alta velocidad, forzndose la generacin de turbulencias y cambios de direccin. De esta manera el sello es ms eficiente, pero no evita el 100% de las fugas.

Fig. 132. Sello de ensamble.Este tipo de sello se usa donde son aceptadas pequeas fugas, tal como es el caso de sellos de interetapa donde la diferencia de presin entre los gases es suficientemente pequea para permitir que el laberinto sea efectivo. Cuando los sellos estn en los extremos de la flecha y comunicados a la atmsfera, la fuga que permiten los sellos descargara a la atmsfera si la presin dentro del compresor es mayor que esta, Fig. 133.

Fig. 133. Sellos externos de un compresor.Si el gas que maneja el compresor es peligroso o txico, no se puede permitir su fuga a la atmsfera, en este caso la fuga del sello es desviada para evitar su salida a la atmsfera, su desvo se obtiene por medio de un orificio colocado en el sello entre el gas de proceso y la atmsfera, Fig. 134.

Fig. 134. Gas de referencia.Generalmente se hace que en el orificio la presin sea menor que la atmsfera para que todo el gas que fugue salga por l y no salga hacia la atmsfera.En el sello de la Fig. 135 por el orificio se introduce un gas inerte, con una presin mayor que la presin interna del compresor, esto ocasiona que el gas dentro del compresor no salga a la atmsfera, pero una pequea cantidad de gas inerte entre a travs del sello hacia el interior del compresor y otra fugue hacia la atmsfera como gas inerte que es inocuo.

Fig. 135. Sello con entrada de gas inerte.El dibujo de la Fig. 136 muestra unos sellos del tipo de anillo restrictivo, los cuales estn hechos de un material de baja friccin como el carbn. Los anillos pueden ser de una pieza reforzada por una banda de acero o segmentados y unidos por un resorte opresor.

Fig. 136. Sello de anillo restrictivo.En la Fig. 137 se ve una flecha con sello de anillos restrictivos, los cuales se mantienen en su posicin por medio de anillos prense que son estacionarios y no estn en contacto con la flecha.

Fig. 137. Arreglo de sello restrictivo.Este tipo de anillos pueden ser sellados con gas inerte y pueden ser usados adems junto con sellos de laberinto para reducir las fugas.7. Sellos de contacto de pelcula liquida.Los compresores centrfugos requieren sellos para evitar que los gases se escapen por donde la flecha sale de la carcasa del compresor. El tipo ms comn de arreglo de sellado en compresores, es mediante dos sellos, uno en cada extremo del compresor, estos sellos usan aceite, el cual circula a alta presin entre tres anillos alrededor del eje del compresor, formando una barrera contra las fugas de gas comprimido, Fig. 138.El anillo central est sujeto a la flecha, mientras que los dos anillos en cada extremo son estacionarios en la envoltura del sello, colocados contra una pelcula fina de aceite entre los anillos para lubricar y actuar como barrera contra fugas. Los aro-sello de hule evitan las fugas alrededor de los anillos estacionarios. Muy poco gas escapa a travs de la barrera de aceite; el aceite absorbe ms gas por la alta presin en la interfaz de aceite/gas en el sello del lado interno del compresor, por lo que el aceite se contamina. El gas absorbido en el aceite se separa usando calentadores, tanques de evaporacin u otras tcnicas de desgasificacin y se recircula hacia el crter de aceite. El gas comnmente se enva a los sistemas de desfogue.

Fig. 138. Sello de pelcula.Cuando la parte mvil toca la parte estacionaria de un sello, el sello se denomina de contacto, en este tipo de sello las fugas se evitan precisamente por este contacto. La rugosidad produce friccin y la friccin genera calor, por lo que la mayora de los sellos de contacto deben estar lubricados para reducir la friccin y eliminar el calor generado.Los sellos de contacto son efectivos hasta presiones de 70 kg/cm2, tienen dos asientos, uno fijo y el otro rotatorio, Fig. 139. En este caso los asientos estn separados por un anillo de carbn.

Fig. 139. Sello de contacto.En este caso los asientos estn separados por un anillo de carbn. Para sellar presiones hasta de 700 kg/cm2 se usan sellos de pelcula liquida, Fig. 140.

Fig. 140. Sello de pelcula lquida.Para evitar las fugas la presin del aceite en el sello debe ser ligeramente superior a la del gas, y puesto que la presin del gas puede variar, la presin del aceite tambin debe variar, esto se controla con un el arreglo como el de la Fig. 141.

Fig. 141. Sistema con tanque elevado.Para los sellos de pelcula liquida se requiere un suministro constante de aceite limpio a presin, existiendo una fuga constante de aceite hacia adentro del compresor, esta fuga se restringe con el uso de anillos distribuidores que eliminan el exceso de aceite evitando una fuga considerable, Fig. 142. Adems la fuga de aceite es conducida por medio de tuberas hacia trampas recolectoras de aceite contaminado con el gas de trabajo.

Fig. 142. Anillo distribuidor en los sellos de pelcula.Cuando hay demasiado flujo de aceite contaminado hacia las trampas, indica que el sello esta defectuoso. Los sellos de pelcula liquida frecuentemente se usan en combinacin con sellos de laberinto y gas de amortiguacin (normalmente es el mismo gas de trabajo) para aumentar la presin en la zona del sello. En el caso de gases como l oxigeno, que al mezclarse con el aceite forman mezclas explosivas, para lubricar los sellos debe usarse otro lquido que no sea aceite.8. Sellos Secos.Una alternativa al Sistema tradicional de sellos de pelcula (de aceite) es el sistema de sellos mecnicos secos. Este sistema de sello no usa ningn aceite circulante de sellado. Los sellos secos operan mecnicamente bajo la fuerza opuesta creada por las ranuras hidrodinmicas y la presin esttica. El uso de sellos secos se ha incrementado mucho en los ltimos 20 aos, con casi el 90% de los compresores centrfugos utilizando este sistema.Como se muestra en la Fig. 143, las ranuras hidrodinmicas estn grabadas en la superficie del anillo giratorio sujeto al eje del compresor. Cuando el compresor no est girando, el anillo estacionario en la envoltura del sello est presionado contra el anillo rotatorio por medio de resortes. Cuando el eje del compresor gira a alta velocidad, el gas comprimido tiene solo un camino para fugarse por el eje, que es entre los anillos giratorios y los estacionarios. Este gas es impulsado entre los anillos, mediante las ranuras del anillo giratorio.

Fig. 143. Operacin de un sello seco.La fuerza opuesta la proporciona el gas inerte de sello a alta presin que se hace circular entre los anillos y los resortes tratando de empujar los anillos entre s, crea un espacio demasiado delgado entre los anillos a travs del cual puede fugarse un poco de gas. Mientras el compresor est funcionando, los anillos no estn en contacto entre s, y por lo tanto, no se desgastan ni necesitan lubricacin. Los aros del ellos, sellan los anillos estacionarios en la caja del sello.Existen varios arreglos del sistema de sellos secos, el arreglo ms comn es el de tandem, el cual consiste en un sello primario y un sello secundario, contenidos en un mismo cartucho. Durante la operacin normal el sello primario absorbe la fuga total del sistema y el sello secundario es el respaldo del sello primario en caso de falla de este.La fuga interna del gas de proceso en este sistema es disminuida por medio de un sello de laberinto y por el gas de sello, la fuga externa de gas de sellado hacia el sistema de aceite de lubricacin es evitada por el sello de barrido y por el gas de barrido o separacin, Fig. 144.

Fig. 144. Arreglo del sello seco.El sistema de sellos secos requiere el suministro de un gas de sellado, el cual se suministra a presin por medio de otro sistema de compresin o de la descarga del compresor.Existen dos arreglos bsicos para el control del sistema de sellos secos: por medio del control de la presin diferencial o por medio del control de flujo. Los sistemas de control de presin diferencial regulan el diferencial de presin entre el gas de sello y el gas de referencia o gas de proceso, manteniendo regularmente una presin del gas de sellado 10 lb/pulg2man, mayor que la presin del gas de referencia, esto se efecta por medio de una vlvula de control de presin diferencial.El sistema de control de flujo, regula el flujo de gas de sello al sello, controlando la fuga de gas a travs del orificio del mismo, esto se efecta por medio de una vlvula de aguja o por medio de una vlvula de control de presin diferencial, que monitorea la presin del gas que se fuga del sello.Ventajas de los sellos secos.Los sellos secos reducen significativamente las emisiones de gas de proceso. A la vez, reducen significativamente el costo de operacin y mejoran la eficacia del compresor. Los beneficios econmicos y ambientales de los sellos secos incluyen:Flujo de fuga de gas. Durante la operacin normal, los sellos secos fugan con un flujo de 0.5 a 3 SCFM (pies cbicos estndar por minuto) a travs de cada sello, dependiendo del tamao del sello y la presin de operacin. Mientras esto es equivalente al flujo de fuga del sello hmedo en la cara del sello, los sellos hmedos generan emisiones adicionales durante la desgasificacin del aceite circulante. El gas del aceite generalmente se enva a la atmsfera, lo que lleva a un flujo total de fugas por los sellos hmedos dobles de entre 40 a 200 SCFM, dependiendo del tamao y la presin del compresor.Mecnicamente ms sencillo. Los sistemas de sellos secos no requieren sistemas de circulacin de aceite de sellos ni instalaciones de tratamiento.Reducido consumo de energa. Debido a que los sellos secos no tienen bombas ni sistemas de circulacin de aceite, evitan las prdidas de energa del equipo parsito. Los sistemas hmedos requieren de 50 a 100 kW por hora, mientras que los sistemas de sellos secos necesitan aproximadamente 5 kW de energa por hora.Ms confiabilidad. El porcentaje ms alto de tiempo fuera de servicio para un compresor que usa sellos hmedos, se debe a problemas con los sistemas de sellos. Los sellos secos tienen menos componentes auxiliares, lo que hace que sean ms confiables en general y se tenga menos tiempo con el compresor fuera de servicio.Menor mantenimiento. Los sistemas de sellos secos tienen un costo menor de mantenimiento que los sellos hmedos porque no tienen piezas mviles relacionadas con la circulacin de aceite (bombas, vlvulas de control, vlvulas de alivio, etc.)Eliminacin de las fugas de aceite de los sellos hmedos. Al sustituir los sellos secos por los sellos hmedos, se eliminan las fugas de aceite al sistema, por lo tanto, se evita la contaminacin del gas y la degradacin de las tuberas.9. Rodamientos o chumaceras.Un compresor est construido de tal forma que sus partes mviles tienen unas tolerancias muy pequeas que permiten la libre rotacin de la flecha e impulsores, pero no debe haber otro tipo de movimiento. El movimiento de una flecha puede ser de tres tipos diferentes, de rotacin, axial o radial.La velocidad de giro es el movimiento deseado en una flecha sin embargo siempre viene acompaada de dos movimientos no deseados uno horizontal o de desplazamiento y otro vertical o de vibracin, Fig. 145.

Fig. 145. Tipos de movimiento que se presentan en una flecha.Este tipo de movimientos se minimizan con las chumaceras o rodamientos axiales y radiales respectivamente hasta ciertos lmites. El movimiento axial es el que se realiza en sentido longitudinal de la flecha y puede ser causado por el empuje del gas a alta presin sobre las paredes de los impulsores.El movimiento radial, es cuando la flecha gira fuera del centro causando una vibracin de arriba hacia abajo o hacia los lados, y es debido a impulsores mal balanceados. Los rodamientos son para soportar la flecha con el mnimo de friccin y permitir su libre rotacin evitando el movimiento axial o radial. En la Fig. 146 se muestra una chumacera que evita el movimiento radial, pero no el movimiento axial.

Fig. 146. Chumacera radial.Para reducir el movimiento axial se usan chumaceras de empuje, Fig. 147.

Fig. 147. Chumacera axial o de empuje.En este tipo de chumaceras la flecha puede girar libremente y puede tener movimiento radial reduciendo el desplazamiento axial. Normalmente en las maquinas se usan los dos tipos de chumaceras para disminuir movimientos indeseables que puedan causar vibracin o daos al compresor.Las superficies de contacto de las chumaceras estn hechas de un metal de baja friccin como el babbitt y deben estar lubricadas con una pelcula de aceite a presin para asegurar un flujo adecuado de este y evitar calentamiento por friccin. En la Fig. 148 se muestra una chumacera de almohadillas o placas oscilantes, donde el aceite es atrapado y obligado a formar cuas de aceite entre la flecha y la placa.

Fig. 148. Lubricacin de chumacera radial.Viendo nuevamente un rodamiento axial, tambin conocido como de empuje (Fig. 149), notamos que la placa de carga gira con la flecha y que el movimiento axial es evitado por las zapatas de carga, el rodamiento es lubricado por aceite de baja presin, quedando la placa de carga en operacin normal, separada de las zapatas de carga por una delgada pelcula de aceite que reduce la friccin y elimina el calor generado. En los compresores centrfugos los sellos estn colocados generalmente entre la zona de alta presin del gas y los rodamientos.

Fig. 149. Zapatas de carga de rodamiento de empuje.10. Tambor de balance (pistn de balance).Comparando la presin en cada lado del ensamble del rotor de la Fig. 150, vemos que la presin en el lado de la descarga es muy superior a la presin del lado de la succin.

Fig. 150. Balance de fuerzas en un compresor.Esta diferencia de presin causa un esfuerzo axial que tiende a mover todo el rotor hacia el lado de la succin. En compresores pequeos esta tendencia al movimiento axial puede ser evitada mediante el uso de rodamientos de empuje, pero en el caso que sea muy grande se deben usar cmaras o tambores de balance, igualando la presin de operacin de los sellos de los extremos por medio de la lnea de balance, Fig. 151.

Fig. 151. Tambor de balance y lnea de balance.La cmara de balance esta fija a la flecha en el lado de la descarga del compresor, un lado de la cmara esta comunicado a la succin de la maquina, a travs de la lnea de balance, y el otro lado est expuesto a la presin de descarga, que empuja la cmara de balance en direccin de la descarga de la maquina. Refirindonos a la Fig. 152, vemos que los impulsores causan un empuje axial en direccin al lado de la succin debido a la presin de descarga, pero esa misma presin es aplicada a la cmara de balance en direccin opuesta, dando como resultado que ambas fuerzas se equilibren una a la otra anulndose el empuje axial en uno u otro sentido.

Fig. 152. Equilibrio del movimiento axial a travs del tambor y lnea de balance.La lnea de balance debe estar siempre abierta para evitar que el rodamiento de carga se destruya por una sobrecarga. Puesto que el tambor de balance esta comunicado a la succin, los sellos en ambos extremos de la maquina operan a la presin de succin. En la Fig. 153 se muestra la ubicacin del tambor de balance en un compresor centrfugo.

Fig. 153. Componentes de un compresor centrfugo.SISTEMAS AUXILIARES DE UN COMPRESOR CENTRFUGO.Sistema de lubricacin.La lubricacin para este tipo de compresores generalmente es proporcionado a presin, si la presin baja, la lubricacin a los rodamientos se suspende y puede daarse la maquina. Los sistemas de lubricacin proporcionan en forma continua aceite limpio, con presin suficiente y fri, para la lubricacin de toda la maquina, en la Fig. 154 se muestra un sistema tpico para estos compresores.Aqu, el aceite es almacenado en un recipiente y de ah se circula hasta los rodamientos por una bomba principal. Como disminuye la viscosidad del aceite cuando se calienta, no puede mantener una pelcula protectora entre las partes metlicas en movimiento, de aqu que debe enfriarse antes de pasar a los rodamientos.El enfriamiento no debe ser muy severo para no incrementar la viscosidad y el aceite fluya adecuadamente. Despus de pasar por el enfriador, el aceite se filtra para eliminar cualquier impureza slida que pudiese rayar las chumaceras o provocar taponamientos en los conductos de lubricacin.En caso de que se tape un filtro o un enfriador, o que se pare la bomba de aceite, el compresor debe pararse de inmediato para evitar daos por falta de lubricacin.

Fig. 154. Sistema de lubricacin de un compresor.Normalmente se tiene un filtr y un enfriador de relevo para ser usados en caso de una emergencia por taponamiento de alguno de ellos, Fig. 155.

Fig. 155. Filtros y enfriadores del sistema de lubricacin.Puesto que el sistema debe pararse si falla el sistema de lubricacin, algunas maquinas tienen una bomba principal que gira con la flecha de esta o por medio de un equipo motriz, y una auxiliar que entra en operacin en emergencias y durante el periodo de arranque.Como parte del sistema de proteccin, normalmente se tiene una alarma que acta cuando baja la presin de lubricacin y un disparo que para la maquina si la presin del aceite baja del lmite permisible.Sistemas de enfriamiento.En el proceso de compresin se calientan los gases, y entre mayor sea la relacin de compresin R de una maquina el gas se calentara ms. En los casos de compresores multietpicos, muchas veces es necesario enfriar el gas y se puede hacer en varios puntos, uno de ellos es dentro de la misma mquina, donde el agua de enfriamiento pasa dentro de los diafragmas, enfriando los diferentes pasos de compresin, Fig. 156.

Fig. 156. Diafragmas enfriados.Otro sistema de enfriamiento consiste en enfriar el gas fuera del compresor, utilizando ya sea nter enfriadores, Fig. 157, que enfran el gas entre paso y paso o post-enfriadores que enfra el gas en la descarga de la maquina, Fig. 158.

Fig. 157. Interenfriador.

Fig. 158. postenfriador.Elemento motriz.La velocidad en los compresores centrfugos puede variar entre 3000 y 50,000 RPM, o sea que su rango de velocidad de trabajo varia ampliamente. Un compresor que trabaje a 3000 RPM se considera de baja velocidad y de 10,000 RPM en adelante de alta velocidad.Los motores elctricos pueden ser usados como elementos motrices acoplados directamente a compresoras de baja velocidad, ya que su velocidad mxima es de 3,600 RPM, para ser usados en maquinas de alta velocidad es necesario utilizar incrementadores de velocidad que son normalmente trenes de engranes, Fig. 159. Otro tipo de elementos motrices para maquinas de alta velocidad son las turbinas de vapor o de gas, que pueden acoplarse directamente al compresor.

Fig. 159. Elemento motriz de un compresor.Sistemas de seguridad.Los motores elctricos de los compresores centrfugos deben estar protegidos contra sobrecargas que pueden causar sobrecalentamiento o el quemado del motor, los sistemas de seguridad pueden ser de tipo termosttico que a cierta temperatura paran el motor, o magnticos que cuando el consumo de corriente llega a un lmite, se vota el sistema y para el motor.Una turbina requiere de un gobernador para mantener la velocidad de trabajo, controlar el suministro de combustible en una turbina de gas, o la entrada de vapor en una turbina de vapor.La vlvula de estrangulamiento la mueve un servo-motor que recibe seales del gobernador, si la turbina se acelera el servo-motor cierra la vlvula de admisin y si se desacelera la abre, Fig. 160.

Fig. 160. Sistema de gobierno de una turbina de vapor.Algunas turbinas tienen acoplado un generador elctrico, donde los cambios en voltaje corresponden a los cambios de velocidad, estos cambios de voltaje se utilizan en un control piloto que acta sobre la vlvula de estrangulacin.Si un compresor centrfugo pierde carga bruscamente, y esta operado por una turbina, esta se acelera rpidamente, en esta situacin el gobernador debe responder lentamente para evitar daos al compresor o a la turbina, adems el gobernador puede fallar por diversas causas, como las impurezas en el vapor que bloqueen la vlvula de estrangulacin, o deficiencias en su sistema hidrulico, en este caso es necesario un mecanismo que pare la turbina por exceso de velocidad.Los dispositivos mnimos de proteccin con los que debe de estar equipado cualquier compresor centrfugo son:Proteccin porAlarmaDisparo

Baja presin de aceite de lubricacin.XX

Baja presin diferencial de aceite de sellos.XX

Bajo nivel de aceite en la consola.X

Alta presin diferencial en los filtros.X

Alta temperatura del aceite a la salida de los enfriadoresX

Alta temperatura en las chumaceras del compresor.XX

Alta vibracin y desplazamiento en el compresorXX

Adems podr estar equipado con otros dispositivos de proteccin cuando se especifiquen.DESCRIPCIN DE LA OPERACIN DE LOS COMPRESORES CENTRFUGOS.Curvas de comportamiento de los compresores centrfugos.En las curvas de comportamiento dimensional, se muestra en el eje de las abscisas el flujo volumtrico manejado por el compresor y en el eje de las ordenadas la relacin de compresin (PD/PS), la carga isoentropica (HISOENT) o la presin de descarga (PD), para presin de succin (PD) constante, como se muestra en la Fig. 161.Cada curva est limitada por la curva de surge, al interceptarse las lneas a la curva de surge, determinan los lmites de estabilidad. Dado que el gas es compresible, el volumen a la salida del compresor es menor que la entrada, debido al incremento de presin.

Fig. 161. Curvas de comportamiento de un compresor centrfugo.En la Fig. 162 se grafican las curvas tpicas de comportamiento dimensional para las condiciones operativas del compresor centrfugo; en el eje de las ordenadas se indica la presin de descarga (PD), la relacin de compresin (PD/PS) o la carga isoentrpica (Hisoent), contra el flujo volumtrico en el eje de las abscisas. Para cada curva de velocidad de operacin, se obtienen las lneas de potencia constante limitadas al interceptarse a la lnea del lmite de estabilidad o lnea de surge.

Fig. 162. Curvas tpicas de un compresor.Definicin y ubicacin de los puntos de operacin y de surge.Frecuentemente es necesario usar el compresor a cargas (flujos) menores que el valor para el cual fue diseado. Si el flujo se reduce suficientemente, el compresor entra en una regin de inestabilidad, llamada zona de surge. El valor del flujo donde comienza la inestabilidad se llama punto de vaco o punto de surge.El vaco o surge es una oscilacin de todo el flujo en el compresor y en las tuberas. Esta oscilacin hace que el rotor se sacuda, golpeando los cojinetes de empuje, lo cual en casos extremos, puede daarlos o destruirlos. Este fenmeno de surge est relacionado con la caracterstica real del compresor, Fig. 163.

Fig. 163. Puntos de operacin de un compresor.Supongamos que un compresor funciona a velocidad constante en cierto punto A en el lado creciente de la curva caracterstica (lnea CE). Si el flujo del compresor se reduce a B, lo cual se consigue cerrando un poco la vlvula de descarga del compresor, la operacin sigue estable porque aunque se produce un aumento de presin en la lnea de descarga debido a la restriccin, la presin del compresor es mayor en B que en A y puede vencer la resistencia.Cuando el compresor est operando en C, cualquier reduccin de flujo ocasiona menor presin en el compresor que en el sistema. En ese caso, el flujo cambia de direccin (sentido inverso), el cual lleva el punto de operacin a cero caudal (punto D), con lo que la lnea de descarga del compresor se alivia y reduce su presin, provocando con esto daos severos en el compresor.El punto de surge representa el lmite de bajo flujo dentro de los parmetros de operacin del compresor. El rea de alto flujo baja eficiencia dentro de los parmetros de operacin del compresor, es conocida como stonewall.Sistemas de control antisurge.Un compresor conectado a un sistema de gran capacidad con una elevada demanda de gas, cuando el compresor se arranca, la alta demanda de gas produce una resistencia muy baja en la descarga de la maquina, lo que provoca que la capacidad del compresor sea alta al principio.Conforme se descarga y se va llenando de gas el sistema, las necesidades de capacidad del compresor se reducen, y si el sistema no usa el gas tan rpidamente como el compresor lo descarga, la presin en el sistema aumentar.Al aumentar la presin en el sistema, tambin aumenta la resistencia a la descarga de la maquina, provocando la disminucin de la capacidad de ella.Adems el compresor debe efectuar un trabajo mayor sobre el gas para poder descargarlo a la presin del sistema. Si este efecto es continuo, llega un momento en el que la presin del sistema detiene el flujo, y la presin dentro del compresor se hace menor que la del sistema invirtiendo el flujo del sistema hacia el compresor.Este rpido flujo inverso, se conoce como surge o inestabilidad, y produce severas vibraciones en el compresor y golpes en el check que pueden causar serios daos a la maquina.Un compresor tambin entra a operar en surge, cuando el flujo de gas de succin baja del nivel mnimo establecido.A partir de 1965 se han desarrollados nuevas estrategias de control para prevenir el fenmeno de inestabilidad o surge en los compresores centrfugos de velocidad variable. La estrategia ms comn ha sido el esquema de flujo/P, llamado a si por que se basa en la medicin de flujo de succin y de la presin diferencial (P) a travs del compresor (presin de descarga menos presin de succin (PD-PS). Sin embargo, esta configuracin bsica vara de una aplicacin a otra, ya que depende de las propiedades fsicas del gas de succin durante la operacin normal (temperatura, peso molecular, etc.) y de las posibles tendencias a cambiar de estas ltimas. Histricamente, los ingenieros de control han seleccionado la instrumentacin ms rpida y precisa disponible en el mercado, debido a las caractersticas del fenmeno del surge.Se puede utilizar diferentes alternativas para prevenir el surge, Fig. 164.

Fig. 164. Arreglos de control antisurge.Las alternativas ms comunes son:Reducir la resistencia en el cabezal de descarga, la cual reduce la relacin de compresin (recirculacin del gas de descarga a la succin o desfogar el gas).Variar la velocidad de la turbina.Variar la posicin de las paletas gua de entrada (IGV) (si es posible).El mtodo ms comnmente utilizado es la recirculacin de gas fri de la descarga a la succin ya que reduce la presin esttica en la lnea de descarga, a la vez que aumenta el flujo a travs del compresor, lo cual mantiene al compresor alejado de la lnea de surge.Debido a que la lnea de surge del compresor puede ser afectada por las variables y condiciones transitorias del proceso, el sistema de control debe ser capaz de acomodar cambios automticamente o por lo menos en forma sencilla (cambiando una constante en una estacin manual, etc.) La instrumentacin convencional no puede responder fcilmente a cambios y el compresor puede entrar en surge, aun cuando el sistema de control este en perfectas condiciones de funcionamiento. El problema no es la estrategia de control, si no que los cambios en las condiciones del gas puedan hacer que las lneas de surge se mueva a la derecha, haciendo al compresor ms susceptible al surge sin que el sistema de control pueda detectarlo.Control antisurge basado en el esquema flujo/p.Como se mencion anteriormente, la mejor estrategia de control antisurge para una aplicacin en particular debe ser capaz de responder automticamente a todos los cambios esperados en el proceso y al mismo tiempo proteger la maquinaria en caso de haber oleaje debido a un mal funcionamiento en el sistema de control (falla segura). El lazo de control puede ser basado en un sencillo esquema flujo/P, en un sistema ms complicado con compensacin por temperatura y/o gravedad especifica, en compresores que funcionan en serie o en paralelo. La estrategia de control antisurge flujo/P est basado en la siguiente ecuacin:

Donde:P = Presin de descarga menos presin de succin.h = Presin diferencial a travs de un orificio en la lnea de succin.k = Constante de proporcionalidad.b =Bias para igualar el origen de la lnea de inestabilidad (surge).La medicin de flujo por medio de presin diferencial (h) se hace en la succin, debido a que las curvas de los compresores estn basadas a las condiciones de la succin.La ecuacin anterior, indica que la medicin del flujo en el orificio por medio de la cada de presin a travs del mismo, multiplicado por la constante k en la estacin de relacin, es el punto de ajuste remoto al surge, el cual opera la vlvula de recirculacin. La variable del proceso del controlador es la variacin en la diferencia de presin entre la descarga y la succin, la cual es medida por el transmisor. En la prctica, la estacin de relaciones ajustada para producir una lnea de punto de ajuste, la cual estar alrededor del 10% ms alta que la lnea de oscilacin (surge), justamente para estar en el lado seguro, Fig. 165.

Fig. 165. arreglo de un sistema tpico de control antisurge. Una importante consideracin en sistemas antioscilatorios es el tamao de la vlvula de retorno del gas a la succin del compresor, ya que debe considerar dos puntos:a). Ser capaz de manejar el flujo a mxima velocidad y cada de presin disponible, de acuerdo a especificaciones.b). Ser capaz de manejar el flujo a mnima velocidad y cada de presin disponible de acuerdo a especificaciones.La vlvula de recirculacin debe permanecer cerrada durante la operacin normal y abrir nicamente cuando el flujo alcanza la condicin de oscilacin. En otras palabras, el compresor esta normalmente a flujos ms altos que en el punto de ajuste del controlador. El controlador abre la vlvula nicamente cuando el flujo empieza a alcanzar la condicin de oscilacin (surge), Fig. 166.

Fig. 166. Pantalla de control antisurge.Problemas ocasionados cuando un compresor entra en surge.Generalmente cuando se presenta el surge en un compresor se puede or un golpeteo con una frecuencia peridica de mas o menos un pulso por segundo o aun mayor.Mientras ocurre el surge, el gas que recircula a travs del rotor contina incrementando su temperatura debido al proceso de compresin. Si este gas recircula muchas veces, se calienta demasiado y el dispositivo de proteccin por temperatura de la descarga para el compresor. Si no hiciera esto, los sellos y chumaceras podran arruinarse.Otro problema del surge se debe a los cambios en la direccin del empuje axial cuando la recirculacin del gas se hace violenta. Si la recirculacin de gas es muy violenta y rpida, puede producir cambios sbitos en la direccin del empuje axial que pueden destruir las chumaceras axiales.Una combinacin de rotura de chumacera axial y de alta temperatura, sera catastrfica para el compresor. El compresor viene equipado con controles para evitar llegar a esta situacin. El detector de surge controla la presin de descarga; si detecta cierto nmero de fluctuaciones peridicas de presin dentro de un intervalo de tiempo, lo considera surge. Esta oscilacin es perjudicial para el compresor por las siguientes razones:a). La vibracin del rotor puede daar los sellos entre etapas.b). Los cambios de presin pueden daar las chumaceras de empuje.c). Los cambios sbitos de carga pueden daar tambin la turbina o motor.d). La recirculacin del flujo aumenta la temperatura, empeorando el surge.Operacin en serie y en paralelo.En la Fig. 167 dos compresores multi-etapicos estn acoplados en serie, o sea que la descarga de uno alimenta la succin del otro.

Fig. 167. Compresores en serie.En este caso la presin de entrada del segundo compresor es mayor que la del primero, incrementndose as la presin total de la descarga. En otras palabras, el acoplamiento en serie de compresores da como resultado el aumento en la presin de descarga. Los compresores tambin pueden ser acoplados en paralelo, Fig. 168, donde la succin y la descarga de ambas maquinas estn acopladas a la misma lnea.

Fig. 168. Operacin de compresores en paralelo sin vlvula check.La operacin de compresores en paralelo aumenta la capacidad total del sistema, pero no aumenta la presin de descarga.Cuando se conectan varios compresores acoplados en paralelo, si la presin de descarga de alguno se hace menor que la de los otros, esta presenta Surge, por lo que en este tipo de acoplamiento, todas las maquinas deben descargar a la misma presin, y deben estar protegidas con una vlvula check para evitar el flujo inverso.Parmetros que afectan el comportamiento del compresor.Temperatura de entrada.Operando el compresor a velocidad y flujo volumtrico constante, si la temperatura aumenta; el flujo msico y la carga disminuyen en proporcin al aumento de temperatura. El coeficiente de flujo permanece igual; esto implica que la potencia disminuya en proporcin directa a la disminucin del flujo msico. Por lo consiguiente al aumento de temperatura la relacin de compresin disminuir. La carga tendr un incremento en proporcin directa a la temperatura de entrada.Al permanecer el flujo msico constante, el flujo volumtrico y la velocidad se incrementarn haciendo que la carga baje. Si la carga debe permanecer igual, la velocidad se incrementar; para mantener la misma presin de descarga, se deber aumentar la carga y la velocidad.Los requerimientos de potencia podrn ser altos, como una funcin del incremento de carga y el cambio de eficiencia entre el punto de operacin nominal y el tiempo. Efecto de la presin de entrada.Operando el compresor a velocidad y flujo volumtrico constante, si la presin disminuye el flujo msico disminuye en la misma proporcin por no cambiar el coeficiente de carga de entrada y la velocidad de operacin.La relacin de compresin permanece igual, si la presin de descarga disminuye en el mismo porcentaje que la presin de entrada; por otro lado si se mantiene la presin de descarga constante y la presin de succin baja, la relacin de compresin se incrementa de tal forma, que la carga se incrementar. Efecto del tipo de gas.Si el compresor opera a una velocidad y si el peso molecular disminuye, indicar que el flujo msico disminuir, como el coeficiente de flujo de entrada y la velocidad no cambian, la carga permanecer fija.Esto demuestra que la potencia requerida disminuir, la relacin de compresin disminuir al igual que el peso molecular, as mismo la presin de descarga.Manteniendo la presin de descarga constante, la carga aumentar en proporcin inversa al peso molecular. Por lo tanto el compresor deber operar a la raz cuadrada del incremento de carga.Si el flujo msico permanece constante, un incremento en velocidad deber ser requerido a la misma lgica requerida de los efectos de la temperatura o presin. Factor de compresibilidad.Si el factor de compresibilidad se incrementa y el flujo msico permanece constante, el flujo volumtrico de entrada se incrementar.Para una carga constante, la relacin de compresin disminuye y la potencia permanece constante. Efectos de la velocidad.A determinada velocidad donde se manejan valores mximos de coeficiente de flujo de entrada, el flujo volumtrico mximo de entrada es directamente proporcional a la velocidad.Para un incremento en la velocidad, se producir un incremento en el flujo msico. La mxima carga, ser proporcional al cuadrado de la velocidad, a la potencia requerida. Efectos del flujo msico.Al aumentar el flujo msico, tambin se incrementa el flujo volumtrico; la carga es independiente del flujo msico por lo tanto el requerimiento de potencia ser directamente proporcional al flujo msico.PROCEDIMIENTOS DE OPERACIN Y ANLISIS DE FALLAS DE COMPRESORES CENTRFUGOS.Esta seccin del manual proporciona las instrucciones generales de operacin de un compresor centrfugo. Para la operacin de los compresores especficos, se debe consultar el manual de instrucciones de cada compresor. Se debe leer y entender esta seccin del manual antes de la operacin del equipo.Los compresores son diseados para una operacin segura y confiable cuando se usen y mantengan apropiadamente de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Un compresor es un equipo a presin con piezas mviles que pueden ser peligrosas. Los operadores y el personal de mantenimiento deben darse cuenta de esto y seguir las medidas de seguridad.Operacin normal.La vlvula check en la descarga de cada mquina evita el flujo inverso pero no evita el surge si el flujo a travs de esa mquina se reduce. Para este caso, es necesario la instalacin de lneas anti-surge en cada mquina.El operador continuamente debe revisar e inspeccionar sus compresores para asegurarse de que estn trabajando normalmente.Se deben registra peridicamente las lecturas de los instrumentos que indican las condiciones de operacin del compresor y su equipo auxiliar.Si todas las condiciones se mantienen constantes, se puede decir que el compresor est trabajando normalmente.Pero si hay variacin en alguna, es sntoma de que algo anda mal y debe ser corregida de inmediato.As por ejemplo, se sabe que la temperatura del aceite de lubricacin debe mantenerse entre 50 y 65 C, si sale de este rango, quiere decir que el enfriador de aceite no est trabajando apropiadamente, o que la bomba no est circulando suficiente aceite a travs del sistema.Si hay cada de presin en el sistema de lubricacin, esta puede indicar que el filtro est tapado, el reemplazo del elemento filtrante o limpieza del filtro debe hacerse cuando la diferencia de presin a travs de l llegue a un valor predeterminado.Si una chumacera est gastada o quemada, puede producir tambin una cada de presin.La operacin segura de un compresor depende del buen conocimiento que se tenga del equipo y de la naturaleza y comportamiento del gas que se comprime.Al formar los hidrocarburos mezclas explosivas con el aire, no se debe permitir que los hidrocarburos se fuguen a la atmsfera, ni que entre aire al compresor.Los lquidos no son compresibles y si llega lquido a un compresor este puede daarse. Las partculas pequeas de lquidos producen erosin en los internos del compresor.Un operador que realiza inspecciones peridicas y observa su equipo cuidadosamente, actuando rpidamente y realizando correcciones oportunas, mantendr su compresor trabajando con eficiencia, economa y seguridad.Procedimientos de arranque y paro.El procedimiento ser ejecutado por el operador de los compresores (compresorista).En la descripcin del procedimiento se usan textos de Advertencia, Precaucin y Nota, para indicar las situaciones que requieran atencin especial por el operador. ADVERTENCIA:Se usa la ADVERTENCIA (con texto en mayscula, negritas y doble borde) para indicar la presencia de un peligro que puede causar lesiones personales severas, la muerte o daos substanciales al equipo si se ignora la advertencia.PRECAUCIN:Se usa la Precaucin (con texto en minsculas, negritas y borde sencillo) para indicar la presencia de un peligro que causar o puede causar lesiones personales menores o daos al equipo si se ignora la precaucin.NOTA:Se usan las Notas (con texto en negritas y cursivas, sin bordes) cuando se hace referencia a otro procedimiento de operacin, condicin, etc. que es esencial observar o aclarar.Precauciones generales. ADVERTENCIARESULTARN LESIONES PERSONALES SI NO SE SIGUEN LOS PROCEDIMIENTOS INDICADOS EN EL MANUAL DE INSTRUCCIONES DEL FABRICANTE.NUNCA opere un compresor por encima de las condiciones de rgimen para las que fue diseado.NUNCA arranque el compresor sin alinearlo.SIEMPRE corte el suministro de energa elctrica al motor antes de realizar trabajos de mantenimiento al compresor.NUNCA opere el compresor sin los dispositivos de seguridad instalados.NUNCA opere el compresor con la vlvula de descarga cerrada.Procedimiento de arranque.ActividadDesarrolloVerif.

Revise el compresor y equipos auxiliares. PRECAUCIN:La falta de piezas en el compresor o alguna partes de su sistema de control y protecciones puede provocar fallas en el equipo y daos materiales y/o personales.

1. Revise y siga las recomendaciones de seguridad establecidas para la operacin del compresor.____

2. Verifique se halla instalado completamente el compresor, sus sistemas auxiliares y de seguridad.____

3. Verifique se encuentren completos y operables los instrumentos, vlvulas, accesorios y equipos auxiliares del compresor.____

Asegure la disponibilidad del gas a comprimir.4. Asegrese de que se tiene la disponibilidad del gas a comprimir con las condiciones de operacin requeridas.____

Purgue el gas del compresor. PRECAUCIN:El gas atrapado en el compresor puede provocar sobrecargas al momento del arranque daando sus partes mecnicas.

5. Purgue el gas atrapado en el compresor para asegurarse que se mantenga descargado como sigue:

4.1. Verifique se encuentren bloqueadas las vlvulas de succin y descarga.____

4.2. Abra las purgas y venteos al desfogue.____

Arranque el sistema de lubricacin. PRECAUCIN:Las fallas de operacin en el sistema lubricacin ocasionan daos a las partes mecnicas del compresor.

6. Verifique el nivel de aceite en el depsito, y en caso necesario adicinelo hasta el nivel normal de operacin.____

7. Alinee agua de enfriamiento al enfriador de aceite.____

8. Alinee el sistema de lubricacin para ponerlo en operacin.____

9. Mantenga bloqueado el sistema de aceite de sellos.____

10. Energice el motor de la bomba de aceite de lubricacin en el CCM.____

11. Arranque la bomba principal de aceite lubricante, mnimo 20 minutos antes de arrancar el compresor.____

12. Verifique las condiciones de operacin del sistema de lubricacin.____

13. Cuando alcance las condiciones normales de operacin y no se detecten anomalas, contine con el procedimiento.____

Ponga en operacin el sistema de enfriamiento. ADVERTENCIA:LAS FALLAS EN LA OPERACIN DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO OCASIONAN CALENTAMIENTO EXCESIVO EN LAS PARTES DEL COMPRESOR, AS COMO EN EL GAS QUE MANEJA, CON RIESGO DE EXPLOSIN CUANDO SE MANEJAN HIDROCARBUROS.

14. Alinee al agua de enfriamiento a los interenfriadores y enfriadores del sistema de compresin. En caso de sistemas de enfriamiento con soloaires, pngalos en operacin.____

Arranque el compresor.15. Despus de haber mantenido la lubricacin del compresor por un tiempo mnimo de 20 min, abra completamente la vlvula de antisurge.____

16. Cierre las purgas y venteos al desfogue.____

17. Abra la vlvula de descarga.____

18. Abra la vlvula de succin.____

19. Alinee el sistema de sellos y verifique que se establezcan las condiciones normales de operacin de estos.____

20. Arranque el motor presionando el botn de arranque.____

Notas: En compresores movidos por turbina o motor de combustin interna, arranque el elemento motriz de a cuerdo a su procedimiento especfico de arranque.

PRECAUCIN:La operacin a la velocidad crtica ocasiona vibraciones excesivas que daan a las partes mecnicas del compresor.

21. Verifique que el elemento motriz alcance su velocidad normal de operacin lo ms rpido posible, y no se detenga operndolo a la velocidad crtica.____

22. Verifique se incremente la presin de descarga del compresor.____

23. Cierre lentamente la vlvula de antisurge verificando que se incremente el flujo de gas al compresor y alcance la presin normal de descarga.____

24. Cuando se tengan las condiciones de flujo y presiones normales, ponga el control de antisurge en automtico.____

Verifique la operacin del compresor.25. Una vez que el compresor opera con carga, revise los sellos para detectar posibles fugas.____

26. Verifique las temperaturas de la descarga del compresor, salida de agua de enfriamiento, aceite y sellos, estas deben de conservarse dentro del rango establecido.____

27. Verifique que las vibraciones y desplazamiento del rotor se mantengan en los rangos normales, y en caso de excederse, pare el compresor.____

28. Registre las lecturas de las variables de operacin en la bitcora correspondiente del compresor.____

Fin del procedimiento.Procedimiento de paro.ActividadDesarrolloVerif.

Abra la vlvula de antisurge.1. Ponga en manual el control antisurge.____

2. Abra lentamente la vlvula de control antisurge.____

Pare el motor.3. Pare el motor del compresor, presionando el botn de paro.____

Nota: En compresores movidos por turbina o motor de combustin interna, baje la velocidad del motor o turbina a la mnima de gobierno y pare el elemento motriz de a cuerdo a su procedimiento especfico de paro.

4. Mantenga la lubricacin por lo menos durante 20 min, para enfriar las chumaceras ____

5. Desenergice el motor del compresor en el CCM.____

Depresione el compresor.6. Cierre la vlvula de descarga del compresor.____

7. Cierre la vlvula de succin del compresor.____

8. Bloque el sistema de sellos del compresor.____

9. Abra las vlvulas de desfogue y purgas del compresor, para eliminar el gas que quede atrapado en el compresor.____

Pare el sistema de lubricacin.10. Pare el sistema de lubricacin, despus de que pasen los 20 min del paro del motor.____

11. Desenergice el motor de la bomba de aceite lubricante del compresor en el CCM.____

12. Si el paro del compresor es por tiempo prolongado, pare el sistema de enfriamiento.____

Entregue a mantenimiento13. Si el compresor o alguno de sus equipos va a recibir mantenimiento, ejecute los procedimientos necesarios para entregar el equipo a mantenimiento.____

Fin del procedimiento.Solucin de problemas en compresores centrfugos.Normalmente no se presentan problemas graves en los sistemas de compresores centrfugos, si el diseo y la instalacin fueron hechos por expertos, y el personal de mantenimiento ha atendido las instalaciones y los servicios de rutina conforme se requieren.Sin embargo cuando se presentan los problemas, el resolverlos involucra varios ejercicios complicados a causa de que deben interpretarse los efectos que resultan debido a los cambios de varios parmetros de operacin y de diseo, y esto es bastante complejo.Las siguientes son algunas guas tiles que se han seleccionado:Si la presin de succin es estrangulada, manteniendo el flujo volumtrico real constante en la succin, entonces el flujo msico y el flujo volumtrico disminuirn.Manteniendo constante otros parmetros, la carga (H) disminuir con un incremento del peso molecular del gas, pero aumentar con el incremento de la relacin de calores especficos (Cp/Cv), y esto y tambin aumentara la temperatura de descarga significativamente.Manteniendo los otros factores constantes, una disminucin de la presin de succin del compresor reducir la presin de descarga y el consumo de energa.Un incremento en el peso molecular del gas aumentara la presin de descarga y el consumo de potencia.El punto de surge, limita la capacidad mnima de un compresor centrifugo y puede ocurrir entre el 50-90% del flujo de succin de diseo, con la correspondiente carga de diseo, abajo del punto de surge la relacin flujo-cabeza toma una pendiente inversa. Igualmente, el punto stonewall determina el lmite superior de la capacidad del compresor, esto ocurre cuando la velocidad del gas se aproxima a la velocidad del sonido en alguna parte del ojo del impulsor resultando en ondas de choque restringen el flujo, causando el efecto de ahogamiento.Muchos problemas se presentan como resultado de un mal balanceo causando vibracin. En algunos equipos se ha obtenido una amplitud total de vibracin de 1 mil, pero cuando el valor de la vibracin es aproximadamente el 40% de la vibracin de la velocidad de operacin, indica existencia de chicoteo o remolino de aceite en las chumaceras de tipo zapata fija, un anlisis de vibracin con sensores y un osciloscopio dar un buen entendimiento de las condiciones y necesidades de mantenimiento del equipo.Todos los rotores deben ser balanceados dinmicamente adicionando como mximo 2 impulsores a la vez entre cada etapa de balanceo debindose de calibrar la maquina balanceadora al finalizar la operacin.Problemas en los coples.Los coples de alta velocidad, han sido objeto de muchas discusiones, los problemas asociados con el cople flexible (cua, dentado) ha provocado que muchos diseadores estudien la posibilidad de eliminar el cople flexible y utilizar uno solid.Debe asegurarse una buena alineacin en caliente y ampliar claros axiales en los sellos de laberinto.Se especifica que las chumaceras axiales sean capaces de absorber del 20 al 30% del desplazamiento axial trasmitido y requerir cavidades para drenaje de sedimento en coples tipo engrane o dentado.Otro problema en los coples flexibles es cuando diminutas partculas de polvo en el lubricante han bloqueado los pasajes de aceite, la forma de solucionar esto es instalando filtros de un micrn o menor en la lnea de alimentacin al cople.Separadores.Un compresor requiere separacin de lquidos del gas a la entrada de la unidad despus del interenfriamiento entre etapas, la presencia de lquidos en la corriente del gas causa vibracin, desbalanceo del rotor, erosin y corrosin de impulsores, obstrucciones en los pasajes y una multitud de problemas que se pueden presentar por separadores de lquidos inadecuados. Se debe instalar en los compresores de gas de proceso un colector o separador en la succin del compresor.Rotor.Las velocidades crticas (Cuando se iguala la frecuencia natural de vibracin del rotor a la velocidad de giro del mismo) deben estar de 15-20% del margen arriba o abajo de la velocidad de operacin.Rotores cortos para uno, dos o tres impulsores operan debajo de la velocidad crtica (rotores de flecha rgida).Rotores largos para cuatro o mas impulsores son diseados para operar entre la primera y segunda velocidad critica (rotores de flecha flexible).La segunda velocidad crtica es de 2 a 4 veces la magnitud de la primera velocidad crtica.Las velocidades crticas son afectadas por la flexibilidad de la flecha, de los cojinetes de las chumaceras, de la carcasa, etc. La amplitud de la vibracin de la velocidad crtica seria infinita si no hubiese amortiguamiento. Actualmente el efecto de amortiguamiento de los cojinetes, sellos y un buen balanceo esttico y dinmico del rotor, permiten valores de amplitud aceptables en la velocidad critica.Sistema de lubricacin.La lubricacin de estos equipos generalmente es proporcionada a presin. Si la presin de lubricacin disminuye, la lubricacin a los rodamientos se suspende y puede ocasionar la destruccin del compresor.El aceite debe de ser de la viscosidad adecuada y formulado con aditivos qumicos, para evitar la friccin, prevenir la oxidacin y el desgaste, no debe de ser corrosivo para las partes del compresor, no debe de formar espuma y debe separarse rpidamente del agua.El aceite debe ser analizado peridicamente para prevenir cambios en la viscosidad.La capacidad de retencin mnima del sistema debe de ser de tres minutos a un flujo normal, con el fin de proporcionar en forma continua y a presin suficiente aceite limpio y fri.El aceite es almacenado en la consola y de ah es enviado por la bomba principal hasta los rodamientos o chumaceras. Como el aceite se adelgaza cuando se calienta, no puede mantener una pelcula protectora entre las partes mecnicas en movimiento, de aqu que deba ser enfriado antes de pasar a los rodamientos (no se debe mantener arriba de 50 C el suministro de aceite).Este enfriamiento no debe ser muy severo, pues se espesa tanto el aceite que no fluira adecuadamente.Las condiciones del sistema de enfriamiento deben de ser las siguientes: velocidad del agua de enfriamiento de 1.5 a 2.5 m/seg, presin de trabajo mxima 100 psig, cada de presin mxima de 15 psig, temperatura de entrada de 32 C.Despus de pasar por el enfriador el aceite es filtrado para eliminar cualquier impureza que pudiera rayar las chumaceras o provocar taponamientos en los conductos de lubricacin (El filtro debe ser capaz de remover el 95% de partculas no mayores de a 25 micrones y no tener una presin diferencial mayor de 20 psig.En caso de que se tape un filtro o enfriador o se pare la bomba de aceite, el compresor debe pararse de inmediato para evitarle serios daos por falta de lubricacin. Normalmente se tiene un filtro y enfriador de relevo para hacer el cambio en caso de taponamiento o saturacin del que este operando.Puesto que el sistema debe de pararse si falla el sistema de lubricacin, en algunas maquinas se tiene una bomba principal que gira con la flecha de esta y una auxiliar que entra en operacin en emergencias y en el periodo de arranque.Como proteccin del equipo se cuenta con una alarma que acta por baja presin del aceite de lubricacin y un sistema de disparo que para la maquina si la presin de aceite baja del lmite permisible.Sellos.Los sellos de un compresor son usualmente de contacto, de pelcula de aceite y gas de sellos o sellos secos. La presin que mantiene en el aceite de sellos es de 25 a 50 psig arriba de la presin del gas de proceso en la succin.Si se maneja alta la presin diferencial entre el aceite de sellos y el gas de referencia (sellos) tendremos el riesgo de meter aceite al compresor.Si se tiene baja la presin diferencial entre el aceite de sellos y el gas de referencia tendremos fugas de gas al exterior.Se tiene un disparo por baja presin diferencial entre el aceite de sellos y el gas de referencia, como proteccin del compresor.

20Instituto Mexicano del Petrleo Derechos Reservados 2011 COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVOPRINCIPIOS TERMODINMICOS Y COMPORTAMIENTO DE LOS GASES.Entre las propiedades que caracterizan el estado de un fluido hay tres que se denominan fundamentales a saber: la presin, la temperatura y el volumen especfico. Se llaman fundamentales porque se prestan a medicin directa y fcil: la presin mediante manmetros, la temperatura mediante termmetros y el volumen especfico por el peso y medicin de las dimensiones geomtricas del recipiente.El estado de un cuerpo queda inequvocamente determinado por dos propiedades que sean entre s independientes. As, por ejemplo, para determinar el estado de un cuerpo no basta fijar su densidad y su volumen especfico (v), porque no son propiedades independientes (el volumen especfico es el recproco de la densidad). Tampoco en un lquido en ebullicin la presin y temperatura de la mezcla vapor-lquido son independientes y por tanto, para determinar el estado del fluido en la zona del vapor hmedo no basta especificar su presin y temperatura, es necesario aadir una tercera variable, por ejemplo, su volumen especfico.

En termodinmica se prefiere utilizar en vez de la representacin grfica internacional la representacin bidimensional. Pueden utilizarse como coordenadas dos propiedades cualesquiera; siendo los planos P-v (presin-volumen especfico), T-s (temperatura-entropa) y H-s (entalpa-entropa) los preferidos en el estudio de las mquinas trmicas. Slo los estados y procesos de equilibrio pueden ser representados en un plano termodinmico. De modo tal que el proceso de expansin del gas encerrado en un cilindro slo puede representarse en plano P-v, si cada estado intermedio de la expansin es un estado de equilibrio, o sea que cada estado intermedio tanto la presin como el volumen especfico tienen el mismo valor en toda la masa de gas. De lo contrario a cada porcin del gas correspondera un punto distinto en el diagrama. Los procesos reales no son procesos de equilibrio, pero se estudian hipotticamente como si lo fueran.As, podemos definir que la termodinmica es la rama de la fsica que estudia la energa, la transformacin entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo.Entorno o ambiente es la materia exterior a un sistema. En termodinmica lo usual es trabajar con fluidos compresibles: gases y vapores, El calor se transmite del sistema de mayor al de menor temperatura.As un sistema se define como una porcin de materia.Sistema termodinmico es un sistema cerrado, su masa no vara, ejemplo un cilindro.Sistemas Abiertos, son aquellos donde una masa fluye en un volumen, ejemplo una turbina de vapor.Las propiedades de carcter universal de un sistema son: Presin TemperaturaSi se conocen algunas de las propiedades de una sustancia, las otras quedan determinadas.Propiedades Intensivas, no dependen de la cantidad de masa (P, T, etc).Propiedades Extensivas, dependen de la cantidad de masa: volumen, energa interna, entalpa, etc. Si se dividen por la masa se obtiene el valor especfico (propiedad intensiva).Otras propiedades son el volumen especfico y la viscosidad.Otras definiciones relacionadas con la termodinmica:Energa interna es la suma de todas las energas de las partculas de un sistema.Entalpa, en un proceso sin flujo, es la suma de la energa interna de la materia, determinada por el producto de la presin por el volumen y es una funcin de estado.Entropa es una magnitud termodinmica que expresa el grado de desorden de un sistema.Procesos de cambio de estado.Cuando un sistema pasa de un estado a otro, la variacin de sus propiedades, slo depende del estado inicial y final y no de las situaciones intermedias.Un sistema cerrado est en equilibrio cuando el valor de sus propiedades es idntico en todos sus puntos.Cuando un sistema cambia de un estado en equilibrio a otro tambin en equilibrio, los esta