Compresores Tornillos

7/31/2019 Compresores Tornillos

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COMPRESORES DE TORNILLOS


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INTRODUCCIN

El compresor de tornillo es uno de los tipos de mquina ms comnmenteusados para comprimir gases. Su construccin es simple, en cuanto quecomprende, esencialmente, slo de un par de rotores de engrane, con

surcos helicoidales maquinados en ellos, encerrado en una carcasa, que seajusta estrechamente alrededor de ellos. Los rotores y la carcasa estnseparados por espacios muy pequeos. Los rotores son accionados por unmotor externo y engranajes de tal manera que, a medida que giran, elespacio formado entre ellas y la carcasa se reduce progresivamente. Aspues, cualquier gas atrapado entre ellos se comprime. La geometra deestas mquinas es compleja.

COMPONENTES

El compresor de tornillo esta formado por dos rotores uno macho con unlbulo en espira y otro hembra donde engrana el lbulo de rotor principal.La holgura entre el par de rotores y la carcasa varia entre 0,003 y 0,005pulgadas.

La carcasa sirve de superficie de la cmara de compresin y de apoyo delos rotores y dems componentes del compresor. La carcasa tiene elconducto de succin y descarga.

Fig. 1 compresor de tornillos


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Fig. 2. Tornillos de compresores de tornillos

Algunos poseen vlvulas deslizantes y de recirculacin.

En los extremos posee lo cojines radiales y axiales, as como el control de

empuje axial

Fig. 3 Vlvula deslizante radial


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Fig. 6 Compresor seco

FUNCIONAMIENTO

Succin:Como los rotores giran en una direccin contra reloj, el rotor macho sedesengrana del motor hembra dejando libre el volumen ocupado dentro delrotor hembra, por lo que el volumen aumenta y el gas ingresa, este procesode admisin continua cuando toda la hlice queda descubierta (figura 7).

Fig. 7 Inicio del proceso de succin


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Compresin:Cuando el lbulo del extremo del tornillo que se desengrano comienza aengranar nuevamente empieza el proceso de compresin (figura 8). Amedida que aumenta la longitud del rotor macho engranado dentro de lahembra reduce el volumen y aumenta la presin (figura 9).

Fig. 8 Inicio del proceso de compresin

Descarga:Cuando el gas en proceso de compresin se comunica con la abertura desalida se produce la descarga del gas (figura 9).

Fig. 9 Final de la compresin e inicio de la descarga.

El proceso de descarga contina hasta cuando los dos tornillos finalizande engranar y de expulsar el gas (figura 10)


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Fig. 10 Inicio y final de la descarga.

La longitud y el dimetro del rotor determinan la presin de descarga y lacapacidad. A mayor longitud del rotor mayor presin y a mayor dimetromayor capacidad..

RELACION DE COMPRESIN Y RELACION DE VOLUMEN

La relacin de compresin se define como el cociente entre la presin dedescarga y la de succin y esta relacionada con la relacin de volumen porla siguiente ecuacin

( )

La relacin de volumen se define como

Donde, VS es el volumen succionado y VD es el volumen descargado.

En la figura 11 se muestra el significado de la variacin de la relacin devolumen

Fig. 11 Relacin volumtrica


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En la mayora de la maquinas la relacin de presin varia entre 2,2 y 5

La relacin de volumen es importante, si se utiliza una relacin devolumen muy alta para una relacin de compresin baja se va a produciruna sobre compresin del gas dentro del compresor, es decir cuando se

abre la descarga la presin dentro de los tornillo es mayor que en latubera de descarga. Para evitar este inconveniente operacional algunosfabricantes incluyen las vlvulas de deslizamiento en la descarga. En latabla se muestra la relacin ideal.

VARIACION DE LA CAPACIDAD

El control de capacidad en un compresor de tornillo pueden lograrseutilizando diferentes mtodos.

Variacin de la relacin volumtrica.La reduccin del flujo dentro de la mquina con una vlvula dedeslizamiento o corredera que regula la relacin de volumen. Este mtodoes el ms utilizado. La vlvula de corredera controla la proporcin devolumen de un tornillo del compresor a travs de la posicin del puerto de


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descarga radial. La corredera es tambin responsable de la el rendimientode gas en la mquina. Se puede reducir la cantidad total de gas que secomprime en un 100% hasta aproximadamente el 10%, dependiendo delfabricante y el tamao de la mquina. El gran importancia de este mtodoson los ahorros de energa que estn asociados con las tasas de flujo

reducido. Este sistema es particularmente apropiado cuando se utiliza unmotor de velocidad constante y existe condiciones de variacin de presin.

Variacin de la velocidad del conductor

Recirculacin del gas de descarga a la succin.

Cuando se utiliza recirculacin de gas para variar la capacidad lo que sehace es que la vlvula deslizante de recirculacin se desplaza haciendo quelos lbulos empiecen a comprimir el gas despus de pasar la apertura derecirculacin, con lo cual reducen el flujo de gas comprimido. Como parte

del gas succionado sale por la abertura de recirculacin hacia la tubera desuccin, solo una parte del volumen de succin se comprima (figura 12).En la figura 13 se muestra el efecto de la capacidad del compresor sobre elconsumo de potencia, donde se observa que a bajo flujo baja potencia y viceversa. Esta caracterstica es una ventaja del compresor de tornillo conrespecto al compresor centrfugo.

Fig. 12 Recirculacin de gas

EFICIENCIA ADIABATICA DEL COMPRESOR

En la figura 14 y 15 se muestra el efecto de la relacin de compresin y lsrelacin volumtrica sobre la eficiencia adiabtica.


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Fig. 13 Efecto del flujo manejado sobre la potencia

Fig. 14 Efecto de la relacin de compresin sobe la eficiencia adiabtica


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Fig. 15 Mejora de la eficiencia adiabtica con la relacin volumtrica

APLICACIONES

El compresor de tornillo est diseado para aplicaciones de baja presincon presiones de entrada que van desde la presin de vaco de hasta 100psig y presiones de descarga de hasta 350 psig. Estos rangos de presionesson tpicos para la mayora de mquinas de proceso. Las variacionesdependen del fabricante, tamao del cuerpo y la velocidad de operacin.Hay algunos compresores de tornillo disponibles capaces de operar a altaspresin mediante el uso de cubiertas de acero fundido, pero estos an noson de uso comn en la industria del gas natural debido a los costos decapital y la disponibilidad.

Compresores de tornillo se utilizan para comprimir una variedad de gasescomo aire, gases de proceso, refrigeracin de procesos y aplicaciones degas natural, incluyendo como booster a boca de pozo, sistemas derecoleccin de bajo presin, booster para las etapas de baja presin decompresores reciprocantes, gas de alivio y venteo.

Se han utilizado en gas dulce y cido, con concentraciones de H2S del 35% y las concentraciones de CO2 del 65%. Aunque la mayora de aplicacionesde gas natural se basan en una determinada gravedad de 0,57 a 0,65, loscompresores de tornillo se pueden utilizar en gases muy ligeros como elhidrgeno hasta muy pesados con gravedad especificas superior a 2,0.


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Estas mquinas se utilizan principalmente para el suministro de airecomprimido en la industria de la construccin, alimentos, proceso y lasindustrias farmacuticas y, cuando se requiere, en la industriametalrgica y el transporte neumtico. Tambin se utilizan ampliamente

para la compresin de refrigerantes en sistemas de refrigeracin y acondicionamiento de aire y la compresin de gases de hidrocarburos en laindustria qumica. En el servicio de gas natural varia en un rango depotencia que varia de 90 a 1500 Hp y son accionados tanto por motores decombustin interna como por motores elctricos.

Su aceptacin relativamente rpido durante los ltimos treinta aos se hadebido a sus velocidades de rotacin relativamente altas en comparacincon otros tipos de mquinas de desplazamiento positivo, lo que les hacecompacta, mantiene eficiencias altas operando en un amplio intervalo depresiones y flujos, as como su largo vida til y alta fiabilidad.

En la mayora de estas aplicaciones, el compresor de tornillo funciona contransmisin directa a 1800 rpm, o la mitad la velocidad nominal.

En la figura 15 se muestra un esquema tpico de proceso de compresincon compresores de tornillos.

Fig. 15 Esquema del proceso de compresin


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VENTAJAS DEL COMPRESOR DE TORNILLO

Mantenimiento reducido, sencillo y a bajo costo El compresor de tornillo es una mquina de desplazamiento positivo que

funciona sin la necesidad de vlvulas de succin o descarga. Tiene lacapacidad de variar el volumen de aspiracin interna, mientras reduceparte de carga de consumo de energa. Es comn al operar compresores detornillos pasar varios aos sin tener que realizar tareas de reparaciones omantenimiento importantes. Los Tornillos de proporcionar un rango deoperacin mucho ms amplia y menos costes de mantenimiento que losconvencionales de las mquinas alternativas.

Las altas relaciones de compresinCompresores de tornillo pueden funcionar relaciones de compresin de 2 a

20 en una sola etapa, mientras mantienen una alta eficiencia volumtrica.Estos rendimientos se logran mediante la inyeccin de grandes cantidadesde aceite lubricante en la mquina durante el proceso de compresin.Aceite se inyecta en el mquina a una velocidad aproximada de 10-20 USGPM por 100 HP, lo que reduce significativamente la temperatura dedescarga del gas de proceso. El aceite se descarga con el gas de proceso y es eliminado despus de la corriente de gas. El aceite tambin sirve paratransmitir fuerza al rotor no motriz.

En caso de compresores de tornillo en seco se requieren engranajes dedistribucin, el tornillo inundado utiliza una pelcula de aceite lubricante

entre el rotor motriz y el dirigido.

En las aplicaciones donde se requiere relaciones de compresin superior acuatro, se debe realiza un anlisis tcnico-econmico de utilizar motoresalternativos multietapas, de mayor costo y mejor eficiencia adiabtica outilizar compresores de tornillos de una etapa que son mas compactos y menor inversin.

Se adapta a amplios rangos de operacinEl compresor de tornillo se puede operar en un rango muy amplio, conpocos o ningn cambio para la mquina. Esto hace que sea muy

apropiado para la industria del gas natural, donde las tasas de flujo y condiciones de trabajo son a menudo cambiantes. Los tornillos se diseanpara operar en todo el rango sin cambios en la mquina. Pueden funcionaa baja presin de succin, hasta 26 pulgadas de vaco.

Las altas velocidades y relacin de compresin ayudan a maximizar lautilizacin de la potencia disponible en el motor.


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Ms compactos Tornillos rotativos ofrecen una gran capacidad con mnimo espacio deinstalacin en comparacin con el compresor reciprocante. Basado en eldiseo a toda velocidad de 3.600 rpm, una mquina de tornillo de grantamao puede manejar ms de 50 MMSCFD de gas sobre la base de unapresin de succin de 100 psig. El tamao fsico del compresor es muchoms pequeo que una mquina de pistn tipo comparable .

Menor vibracinCon slo dos piezas principales mviles que operan en un movimientocircular, los tornillos producen mucho menos niveles de vibracin que lasmquinas alternativas. Con menores niveles de vibracin los compresoresde tornillo no requieren el mismo tipo de base que los compresoresalternativo mquinas, lo cual puede resultar en menores costos deinstalacin. En general, los compresores de tornillo se considera que ofreceuna fiabilidad muy alta, lo que resulta en una menor los costos demantenimiento y tiempo de reparacin menor en comparacin con lasmquinas alternativas.

Calidad del gasUna de las principales caractersticas de este tipo de compresores es quepueden trabajar con corrientes gaseosas que contengan una ciertacantidad de lquido.

CRITERIOS DE SELECCIN

Para dimensionar o seleccionar un compresor de tornillo se requiereconocer las presiones de succin y descarga, la capacidad a manejar, lacomposicin del gas, la temperatura y la elevacin.

La capacidad se calcula por la siguiente ecuacin

Q=D3(L/D)(GR)(RPM)(EV/C)

D: Dimetro del tornilloL: Longitud del tornilloGR: relacin de engranaje del acopleRPM: RPM del elemento motriz.Ev: Eficiencia volumtrica.C: Constante del perfil del rotor

La potencia se determina por la siguiente ecuacin


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Resistencia de pelculaEsto implica que deben tener aditivos de extrema presin.

Buena demulsibilidad

Los aceites deben tener buena capacidad para separarse del agua,especialmente en compresores de tornillo que comprime aire, el cualcontiene humedad. No deben usarse aceites de motor en este tipo deaplicaciones, ya que los aditivos detergentes e inhibidores de corrosin quecontienen hacen que tengan tendencia a absorber humedad.

Propiedades antiherrumbre.El aceite debe tener propiedades que protejan contra la corrosin derotores y engranajes.

Propiedades de liberacin de aire.El aceite debe tener capacidad para evitar la formacin de espuma o sueliminacin rpida. Esto debido a la alta posibilidad de mezclarse con elaire y formar espumas.

Criterios de cambio de aceite:El monitoreo del aceite es la mejor tcnica para decidir el mejor momentopara realizar el cambio. No obstante se pueden seguir las siguientesrecomendaciones:

Si se utilizan aceites de bases minerales comunes no se deben utilizar msde 1000 hs de servicio, en el caso que no puedan evitarse.

Si se utilizan aceites minerales de alta calidad puede utilizarse el aceite1500 hs de servicio. En algunos casos y mediante anlisis de seguimientose lleg a utilizar hasta 2000 hs.

Si se utilizan los aceites sintticos a base de PAO en los compresores detornillo el cambio puede hacerse hasta los 9000 hs de servicio. (medianteanlisis de seguimiento se puede extender hasta 10.000 hs).

MANTENIMIENTO DE COMPRESORES DE TORNILLO

GeneralPara asegurarse de que las unidades de compresor funcionen sinproblemas durante su larga vida de servicio, se debe seguir fielmente unplan de mantenimiento.El plan de mantenimiento que proponemos, puede dividirse en tres partes:


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Mantenimiento DiarioConsiste en inspecciones visuales. Por otra parte, una vez se hayafamiliarizado con los ruidos y vibraciones normales de la unidad, tomandocomo referencia las observaciones previas se podr comparar cada da surendimiento. Efectuar las comparaciones con los diagramas disponibles,

etc. para asegurarse de que los datos de funcionamiento se encuentrandentro de los campos permitidos. Inspeccionar la unidad y comprobar que tanto el ruido como las

vibraciones son normales. Registrar los datos de funcionamiento observados en un diario de

operaciones. Comprobar que todos los valores de funcionamiento seencuentran dentro del campo de trabajo permitido.

Comparar dichos datos con los valores anotados anteriormente paradetectar posibles tendencias.

En caso necesario, redactar un informe para que se pueda efectuar unaobservacin ms profunda.

Comprobar el nivel de aceite en el separador (unidad de compresorrecproco).comprobar la presin de aceite.

Comprobar la carga de refrigerante. Buscar posibles fugas si se tiene la ms ligera sospecha de que pueda

haberlas. Disponer de un manual de comprobacin justo al lado decada compresor, es la mejor forma de comprobar:

o fugas de aceite y/o refrigeranteo fugas de agua de enfriamiento o salmuera

vibraciones anormales. No esperar a que el equipo de monitorizacinsealice una alarma.

Mantenimiento Peridico

Lubricacin del motor y otros mantenimientos rutinarios basadosnormalmente en el tiempo de funcionamiento. Tener en cuenta, sinembargo, que en caso necesario, estos trabajos de mantenimiento puedenefectuarse ms a menudo.

Revisin completaEn caso de revisiones de mayor envergadura, tales como reparaciones delcompresor, el procedimiento normal es el de llamar al suministrador de

personal de servicio.Ruidos y VibracionesNo se imponen requerimientos especiales en relacin con los equipos y losmateriales.Inspeccionar la unidad y comprobar que no existen ruidos y vibracionesfuera de lo normal.


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Escuchar posibles golpeteos u otros ruidos anormales que puedan debersea una mala fijacin de las tuberas o a fallos de vlvulas.

Presiones del sistemaEn el panel de operador, comprobar que las presiones cumplen con lo

indicado en las especificaciones para esta unidad compresor de tornillo y que estn dentro del campo de funcionamiento permitido.

Inspeccin VisualInspeccionar la unidad compresor de tornillo para asegurarse de que noexisten fugas de refrigerante o aceite.

Deteccin de fugasSe puede proceder a la bsqueda de fugas de varias maneras. El mtodoms comnmente utilizado es el de usar un detector de fugas.

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