Selección de Compresores

Curso: Compresores

Selección de Compresores

Prof. Dr. Miguel ASUAJE

Especificación de equipos

Preparación de cálculos

Selección de Compresor


Especificaciones: - Fluido - Condición de

Operación

Selección de Compresores ÁREAS DE INTERÉS

Selección del Tipo de Compresor Axial, Centrífugo o Reciprocante

Carcasa partida horizontal/verticalmente

Calculo de: Potencia en el eje

Número de etapas

Temperatura de descarga

Velocidad de giro

Número de compresores

Selección de Compresores ÁREAS DE INTERÉS

Selección de:

Sistema Anti-surge

Se pueden utilizar sistemas que no sean del fabricante

Accionamiento

En general es por motor eléctrico

Cajas de engranajes

Diagrama del paquete “Lay-out”

Consultar sobre selecciones tentativas de compresores con ingenieros especializados en ventas y aplicaciones de los compresores, puede ayudar en su selección.


Diagrama de Proceso

Un esquema del sistema o diagrama simplificado del proceso que represente la aplicación del compresor.

Debe incluir todos los componentes en la succión y descarga que contribuyen a la caída de presión en las líneas.

Selección de Compresores REQUERIMIENTOS

General Se deben determinar las condiciones del proceso en

cuestión, tales como:

composición del gas

flujo

temperatura y presión de entrada

presión de salida

Establecer los elementos anteriores es una parte importante del desarrollo del balance de masa y energía.

Si existen condiciones de operación alternativas (arranques/paradas) debe ser definido ya que puede afectar la selección y/o el diseño del compresor.


Composición del gas La especificación de cualquier

compresor requiere un análisis de la composición del gas.

Cualquier posible variación de la composición gas debe ser establecida, o al menos estimada, en la hoja de especificaciones.

La presencia de vapor de agua debe ser incluida como parte del análisis del gas.

Comp. yi Mi Tci Pci

mol-% kg/kmol K bara

N2 3.35 28 126.3 33.99

CO2 1.76 44 304.2 73.82

H2S 0.53 44 304.2 73.82

C1 83.27 16 190.6 46.04

C2 5.16 30 305.4 48.80

C3 1.91 44 369.8 42.49

iC4 0.41 58 408.2 36.48

nC4 0.70 58 425.2 37.97

iC5 0.28 72 460.4 33.81

nC5 0.28 72 469.7 33.69

C6 0.39 86 507.4 30.12

C7+ 1.98 138 620.2 24.95

Total 100.02 21.77 214.2 45.70

Análisis cromatográfico


Flujo volumétrico El flujo volumétrico es uno de los principales factores en la

selección del compresor.

Si se requieren múltiples etapas de compresión, algunos servicios pueden ser mejor desempeñados por la combinación de distintos tipos de compresores.


Temperatura La temperatura del gas en la succión puede afectar la

selección del compresor.

La temperatura mínima del gas también debe ser establecida

Condensación Puede resultar en daños en el compresor

Diagrama de fases para una variedad de fluidos de yacimiento


Presión Factor de gran importancia en la selección del tipo de

compresor.

Se debe establecer:

Presión en la Succión

Presión en la Descarga

La presión de succión y descarga deben ser establecidas en la hoja de datos deben ser los límites de entrada y salida del paquete de compresión

El fabricante deberá considerar las pérdidas de presión en amortiguadores de pulsaciones, interenfriadores, separadores de condensados interetapas (knock-out drums), tuberías, filtros, etc.


DIAGRAMAS DE SELECCIÓN

5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 40000 200.000

M3h

GT SC

Pre

siò

n d

e D

es

ca

rga, b

ar(

E)

80

-

40

-

10

-

9-

8-

7-

6-

5-

4-

3-

2-

1-

ZA / ZE

ZR

ZH

ZH

LXF SF

HL

HR

HA

HM

0.5 - 15.000 kW

ZT

ZE2

Diente

Tornillo

Piston

Centrífugo

Spirale

Selección de Compresores DIAGRAMAS DE SELECCIÓN

Presió

n d

e d

escarg

a B

ar

Volumen de succión m3/s

(1) Compresor centrífugo Carcasa partida vertical 40m3/s 700bar (2) Compresor centrífugo Carcasa partida horizontal 60m3/s 80bar (3) Compresor axial 400m3/s 40bar

Actualmente:



Selección de Compresores CAPACIDADES

Máximos valores de flujo (cond. actuales) y presión de descarga para compresores:

Para una relación de presiones, el flujo volumétrico a manejar establecerá el tamaño físico del compresor

Tipo Flujo volumétrico,

ACFM Presión de descarga

máxima, psig

Centrífugo 600 - 200.000 8.700

Axial 59.000 - 880.000 145

Reciprocante 9 - 5.000 50.000

Paletas 0 - 3.000 125

Lóbulos 0 - 30.000 15

Tornillos 30 - 20.000 250

Selección de Compresores CURVAS CARACTERISTICAS

Selección de Compresores VARIACIÓN DE LA CAPACIDAD

Si el proceso requiere un cambio del flujo entre unos límite máximo y mínimo, puede afectar la selección del compresor.

Si un proceso requiero un cambio en el flujo desde un máximo hasta un mínimo cercano a cero, un compresor reciprocante podrá realizarlo con una razonable eficiencia

En compresores de tornillo se puede reducir la velocidad de giro (reducir el flujo) hasta un máximo de 50% de la capacidad nominal

Los compresores centrífugos y axiales no deben operar cerca de la zona del limite de estabilidad “Surge”

Mínima capacidad: 50% a 90% de la capacidad nominal

Selección de Compresores EFICIENCIA

La eficiencia global de los compresores reciprocantes es generalmente mayor que para compresores centrífugos.

La eficiencia de compresor axial es generalmente mayor a la del centrífugo.

Selección de Compresores TEMPERATURA DE DESCARGA

Los compresores centrífugos normalmente están limitados a temperaturas de 300°F (150°C), pero pueden encontrase con temperaturas de hasta 360°F (180°C).

Los compresores de tornillos normalmente están limitados a temperaturas de 338°F para bajas presiones y 446°F para altas presiones, pero pueden encontrarse para 450°F.

Los compresores reciprocantes están limitados a temperaturas menores de 400°F debido a problemas mecánicos y de lubricación.

Los compresores reciprocantes han sido usados hasta -100°F pero pueden presentar problemas de lubricación.

Selección de Compresores TEMPERATURA DE DESCARGA

Los compresores reciprocantes son muy sensibles a variaciones de presión en la succión, especialmente a condiciones atmosféricas.

Pequeños aumentos de presión en la succión se pueden traducir en grandes aumentos de potencia

En compresores centrífugos, si la presión de succión aumenta, la presión de descarga puede exceder la presión máxima de diseño, crecerá la demanda de potencia y el exceso de presión deberá ser estrangulado. Si la presión de succión del compresor disminuye, el compresor no logrará la presión de descarga deseada.

Selección de Compresores CARACTERISTICAS DEL GAS

Un cambio en la densidad del gas en la succión del compresor, usualmente afectará de mayor forma al centrífugo que al reciprocante.

Un compresor centrífugo que maneja un flujo de baja densidad en la succión será de mayor tamaño, requiriendo más etapas de compresión.

Los compresores reciprocantes y otros tipos de compresores de desplazamiento positivo no se ven seriamente afectados por cambios en el peso molecular del gas ó su densidad en la succión.

La relación de calores específicos, la compresibilidad o el contenido de humedad no influyen apreciablemente en la selección.

Selección de Compresores CONFIABILIDAD

Si se operan y manipulan apropiadamente, los compresores pueden prestar muchos años de servicio.

Unidades de servicio pesado están disponibles para compresores de tipo centrífugos, axiales, reciprocantes y de tornillo, y rara vez requieren de revisiones mayores.

Cuando se comparan compresores centrífugos contra reciprocantes, se deben tener en consideración otros factores además de mantenimiento en la selección para una aplicación en particular.

Para las aplicaciones en funcionamiento continuo es imprescindible considerar la posibilidad de instalación de una unidad de reserva o del uso de dos o tres máquinas a 50% de su capacidad.

Selección de Compresores PESO Y FUNDACIONES

El peso de los compresores reciprocantes es mucho mayor que el de cualquier otro tipo de una capacidad comparable.

Los compresores reciprocantes presentan las mayores vibraciones, por lo que necesitan fundaciones bastante robustas.

Los compresores rotativos son ligeramente más pequeños y no producen grandes cargas por vibraciones.

Los compresores centrífugos y axiales son preferibles en aplicaciones costa afuera donde el peso es muy importante.

Selección de Compresores COSTO CAPITAL

A largo plazo, el costo asociado a los requerimientos de potencia en compresores es bastante más alto que el costo inicial.

Un compresor más eficiente es costoso, pero a largo plazo puede resultar más económico.

Los costos de mantenimiento en los compresores reciprocantes son más altos que en los compresores rotodinámicos

Sí se manejan gases corrosivos se puede ver reducida las diferencias de costo.

Selección de Compresores RESUMEN DE CARACTERISTICAS

TIPOS DE

COMPRESOR

VENTAJAS DESVENTAJAS

TIPO ROTODINÁMICO

AXIAL

Alta Eficiencia Bajas relaciones de compresión

Altos flujos volumétricos Susceptible a corrosión y efectos de

erosión debido a gases sucios

Servicio pesado, bajos

mantenimiento

Generalmente apropiado para pequeños

rangos de gases

Se requiere protección “Anti-surge”

CENTRÍFUGO

Grandes rangos de flujo volumétrico Bajas eficiencias para bajos flujos

volumétricos

Servicio pesado, bajos

mantenimiento

Sensible a cambios en peso molecular del

gas

Elevadas relaciones de compresión Susceptible a problemas rotodinámicos

Buena capacidad de regulación a

velocidad constante

Se requiere protección “Anti-surge”

TIPO DESPLAZAMIENTO POSITIVO

RECIPROCANTE

Capacidad de control a través de

válvulas descargadoras, y capacidad

para operar a flujos muy bajos

Se requiere gran robustez por fuerzas y

momentos no balanceados

Amplios rangos de relación de

compresión a flujo aproximadamente

constante

Causa pulsaciones en las líneas que deben

ser atenuadas

Selección de Compresores RESUMEN DE CARACTERISTICAS TIPO DE

COMPRESOR

VENTAJAS DESVENTAJAS

RECIPROCANTE Alta eficiencia Mantenimiento intensivo

Insensibilidad a cambios de composición del gas Motores de baja velocidad requeridos para grandes

máquinas

Gran capacidad para realizar trabajo pesado

LOBULO Construcción simple Control de capacidad limitado a válvulas en la succión

Apropiados para motores eléctricos de accionamiento

directo

Relación de compresión limitada (0.5 a15 psi) por lo que

no son usados en muchos procesos

TORNILLO Amplio rango de aplicaciones, especialmente en

refrigeración e industrias criogénicas

Los tornillos secos están sujetos a fallas catastróficas si se

rozan en operación

Tornillos bañados en aceite tienen alta eficiencia y altas

relaciones de compresión

Pérdidas de flujo en el espacio entre los tornillos secos

resulta en baja eficiencia

Manejan gases húmedos y sucios con facilidad. Los tornillos secos producen mucho ruido por lo que

estos compresores requiere aislamiento y silenciadores

Insensibles a cambios en la composición del gas El diseño es un factor crítico en la confiabilidad de estos

compresores

10 a 100% de la carga con válvulas de deslizamiento Requieren de varios sellos en el eje

Unidades con lubricación de aceite son menos ruidosas,

operan a menores velocidades y eliminan calor del

proceso compresión

Tornillos con recubrimiento de aceite requieren de

equipos de separación del aceite

PALETAS Máquinas muy simples y confiables Requieren de un equipo para separación del aceite

El funcionamiento y régimen de operación rotacional

facilitan el uso de cualquier motor común encontrado

en la industria

Las aletas suelen gastarse rápidamente y trancarse en las

uniones con el rotor complicando su reemplazo

Refrigeración interna por aceite permite altas relaciones

de compresión

ANILLO LÍQUIDO Mantienen un alto índice de aspiración Equipo para la separación del líquido de sellado es

necesario

Refrigeración interna permite altas relaciones de

compresión

Selección de Compresores COSTOS REFERENCIALES

Fuente: http://www.mhhe.com/engcs/chemical/peters/data/ce.html

Purchased cost of compressors, including drive, gear mounting, base plate, normal:

http://www.mhhe.com/engcs/chemical/peters/data/ce.html

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