Clasificacion de Compresoras Gas

8/18/2019 Clasificacion de Compresoras Gas

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W. Gonzales M.

Cp.3 Transporte de Gases

Clasificación deCompresores

Desplazamiento positivo

Reciprocante

Rotativo

Pistón

Varillas

Diafragma

TornilloLóbulosVenasCámara y pistón

Doble efectoSimple efecto

Flu o continuo ocin!ticas

Centr"fugas

Perif!ricas

#speciales

Flu o ra$ialFlu o ra$ial y a%ial

Flu o a%ial Simple succión

Simple succiónDoble succión

C&'PR#S&R#S


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W. Gonzales M.

Tipos de Compresores y Rangos de Aplicación

Transporte de Gases


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W. Gonzales M.

Transporte de Gases

Parámetros de Selección de Compresores

Características del Gas Natural

Caudal de flu o

Relación de Compresión y Presiones de !peración

Temperatura de operación

"#uipo de Potencia

R$gimen de %uncionamiento y !peración

Costos de Capital

Costos de !peración y &antenimiento

"spacio y %undaciones


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Tipos de Procesos de Compresión

Proceso isot$rmicode compresión 'n()*

Proceso isoentrópicoó adia+ático decompresión 'n(,*

Proceso politrópicode compresión 'n(n*

n()n(*

v

P

n

+

, C DP$

Pa

C ctte Pv n == -


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Telaciones de Presión- Temperatura y olumen "specífico enProcesos de Compresión

Proceso politrópico decompresión/

n()n(*

v

P

n

+

, C DP$

Pa

.)/0

)

1

)

1

−

=

nn

T T

p p

.)/0)

1

)

)

1

−

=

n

T T

vv


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Tra+a o de Compresión"l tra+a o de compresión necesario será e#ui0alente al

área #ue definirá en el diagrama P10 cada uno de losdistintos procesos.

"s fácil 0erificar #ue el menor tra+a o #ue se necesite seráen un proceso isot$rmico 'n()*.

Por otro lado- el tra+a o necesario para un proceso decompresión adia+ático o isoentrópico 'n(,*- es decir sinintercam+io de calor- será el superior #ue se necesitará paraun proceso de compresión.

Para efectos de dise2o generalmente se considera unproceso adia+ático de compresión y la potencia e0aluada escorregida mediante un rendimiento t$rmico o politrópico.

Para #ue un proceso de compresión consumo menospotencia lo #ue se ace es apro4imar el sistema alcomportamiento isot$rmico- esto se lo consigue utili5andom6ltiples etapas y enfriadores entre etapas.

n() n(*

v

P

n

+

, C DP$

Pa


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"4ponente Politrópico 'n* e 7soentrópico ',*Si se conocen los calores específicos a presión constante'c p* y a 0olumen constante 'c 0* el e4ponente , puede serdeterminado utili5ando la ecuación siguiente/

8tu9'l+mol oR*

n() n(*

v

P

n

+

, C DP$

Pa

k c

c

v

p

≡2345)==− Rcc v p

7,o,u '):; es 0álida para ?-@@ G ) y toma unatemperatura de referencia de )@? o%/

61351log76351 G

k −=


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"stimati0a de "4ponente 7soentrópico ',*


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Rendimiento Politrópico

na forma de estimar el coeficiente politrópico 'n* es utili5ando las correlacionespara la eficiencia politrópica- la misma #ue está relacionada con 'n* y ',* de lasiguiente forma/

nnk k

p /.)0/.)0

−−=η


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"tapas de Compresión"4isten límites prácticos permisi+les en distintos parámetros de los sistemas de

compresión por cada etapa. Bas limitaciones 0arían con el tipo de compresor eincluyen lo siguiente/

oTemperatura de descarga- en todos los tipos.o"ficiencia de compresión- en todos los tipos.oNi0eles de presión- unidades dinámicas y la mayoría de despla5amientopositi0o.oRadio de compresión- unidades dinámicaso"fecto de espacio noci0o- unidades reciprocantes.

Cuando alguna de estas limitaciones se presenta- una opción es pensar enutili5ar sistemas de compresión en 0arias etapas en serie.

"nfriadores son generalmente utili5ados entre las etapas para incrementar laeficiencia del sistema de compresión- esto se consigue reduciendo la temperaturade entrada en la etapa siguiente o para la entrega del producto comprimido.


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&$todos de ise2o y Selección de Compresores"l dise2o de sistemas de compresión se lo reali5a por compresor y por cadaetapa- considerando #ue e4iste caídas de presión y cam+ios de temperatura enlos interenfriadores y líneas de cone4ión- y 0ariaciones de densidad por efectosde condensación.

"ntre los m$todos utili5ados en el dise2o de compresores son/

')* "4presiones analíticas deri0adas de la teoría termodinámica-

'D* iagramas entalpía y entropía - com6nmente conocidos como diagramas de&ollier para procesos de compresión isoentrópica-

'3* iagramas de desempe2o pro0isto por los fa+ricantes.

"l m$todo a ser utili5ado dependerá del grado de precisión re#uerido. Bosresultados o+tenidos permitirán elegir el tipo de compresor a ser utili5ado enun aplicación específica.


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&$todo de "4presiones Analíticas∫ =1

)

P

P

vdP w C Ctte Pv k ==

aire

aaaa

k k

a

d aa

GM RT Z

v P donde

P P

k k

v P w

=

−

−=

−

5

))

)

./08))

)99

)

lb ft lbf P P

k k

GM RT Z

mW k

k

a

d

aire

aa⋅−

−=

−

( ) ( ) min./08)99:

):/

46 lb

MMscfd ft lb

RT Z M P

m

RT Z

M P m

sc

sc sc

g sc

sc sc sc

g sc sc sc

∀

=

∀

=∀= ρ

−

−⋅

∀

=

−

))99

66:::)99:):

)4 k

k

a

d

aire

aa sc

sc sc

aire sc

P P

k k

GM RT Z

RT Z GM P

W

−

−

∀=−

))

:6:656

)k

k

a

d

sc

aa sc sc

P P

k k

T T Z P

W ; h


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Ba ecuación anterior permite calcular la potencia ideal de compresión en ' p* ygeneralmente esta es empíricamente modificado para considerar el efecto de lacompresi+ilidad del gas natural en la admisión y descarga mediante la siguienteecuación/

dondeE 7FP ( Potencia ideal de compresión- pPsc ( Presión a condiciones estándar- psiaTsc ( Temperatura a condiciones estándar- oR

sc ( Caudal 0olum$trico en condiciones estándar- &&scfdHa ( %actor de compresi+ilidad en la admisiónHd ( %actor de compresi+ilidad en la descargaPa ( Presión de admisión- psiaPd ( Presión de descarga- psiaTa ( Temperatura de admisión- oR, ( Coeficiente isoentrópico

&$todo de "4presiones Analíticas

− −+=

−

))1

.0:6:656

)k

k

a

d

sca

ad a sc sc

P P

k k

T Z T Z Z Q P IHP


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"l 8FP re#uerido generalmente es mayor a la potencia ideal 7FP. Ba energíaperdida es representada por dos tipos de eficiencia/ la eficiencia de compresión-η c- y la eficiencia mecánica- η m . "stas eficiencias se definen como-

"n los compresores modernos-

Bos 0alores de η c oscilan entre ;3I y :3I

Bos 0alores de η m entre ;;I y :@I.

Potencia Necesaria en el " e '8ra,e Forse PoJer 1 8FP*

mc IHP BHP

η η =


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Ba temperatura de descarga puede ser e0aluada utili5ando las relacionespolitrópicas- considerando n(, para proceso isoentrópico.

"l calor remo0ido en los enfriadores entre etapas o en la descarga puede sercalculado utili5ado la ecuación de +alance de energía en el lado del gas #ueatra0iesa el enfriador- o sea/

así - la capacidad glo+al de transmisión de calor necesaria en el enfriador será-para el m$todo de diferencia media logarítimica T ln-

&$todo de "4presiones Analíticas

.)/0

)

1

)

1

−

=k k

T

T

p

p

( ) se gas g g p gasenfriador

T T cmQ −=

ln

.0T

Q! enfriador enfriador ∆

=


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N6mero de "tapas

donde- r( Radio de compresión óptimo por etapaPd ( Presión de descarga final en el sistema de compresión- psiaPa ( Presión de admisión en la primera etapa del sistema de compresión- psia

n s ( N6mero de etapas

Se recomienda reducir la presión teórica de entrada en cada etapa en alrededor de3I para considerar la caída de presión entre etapas. "sto es e#ui0alente a di0idirel =r> por '?-:K* )9ns .

ise2o de Compresores Recíprocos

sn

a

d

P P

r /)

=


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Rendimiento olum$trico ' η 0* y capacidad-

donde- A ( %actor de llenado- de fugas- de fricción- etcE generalmente entre ?-?3 a ?-?L.Bu ( %actor de lu+ricaciónE generalmente ?-?@ para compresores no lu+ricados ó cero en losotros casos.Ha y Hd ( %actor de compresi+ilidad en la admisión y descarga.

Capacidad de despla5amiento ' *-

donde-

( olumen o capacidad de despla5amiento- ft39minp ( iámetro del pistón- ft

B ( Carrera del pistón- ftRP& ( elocidad de rotación- re09minη 0 ( Rendimiento 0olum$trico

ise2o de Compresores Recíprocos

−−−−= ))

/)

d

k a

v Z r Z

Cl "# !η

v p RPM " $Q η π

⋅⋅⋅= 19


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Ba potencia ideal- 7FP- para un flu o de masa de gas m'l+m9min* y una alturapolitrópica p'ft1l+f9l+m* está dada por/

Potencia y Altura politrópica/

donde-

p ( Altura politrópica- l+f1ft9l+m& ( Peso molecular del gas l+m9l+molTa ( Temperatura de admisión- oRHa y Hd ( %actor de compresi+ilidad en la admisión y descarga

ise2o de Compresores Centrífugos

( )

−

−

+=−

))1

);9; )nn

a

d aa p r n

n M Z

Z Z T %

66::: pm% IHP =


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Ba potencia real re#uerida en el e e- 8FP- estará afectada por las p$rdidasmecánicas 'FPB m* e idráulicas 'FPB * de potencia- así/

Bas p$rdidas mecánica presentan 0alores entre K a @? p- dependiendo de la0elocidad y del tama2o de la carca5a de la unidad.

Bas p$rdidas idráulicas 0arían entre ?-3I a D-@I de '7FP9 η 0*- dependiendo-principalmente- del tama2o de la unidad.


%m p

HP" HP" IHP

BHP ++=η


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N6mero de "tapas Ba altura politrópica- p- es un indicador del n6mero de etapas re#uerido para elcompresor centrífugo. "l n6mero de etapas re#uerido- n s - está dado por/

donde :@?? ft1l+f9l+m es un límite com6n asignado a cada etapa de compresióncentrífuga. "sto asumiendo #ue los impulsores están rotando a la 0elocidad dedise2o óptima.


2;:: p

s

%n =


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so del iagrama de &ollier Ba altura de ele0ación politrópica- p- podrá ser calculada a partir de-

donde- η

p ( Rendimiento politrópico

η s ( Rendimiento isoentrópico ( Cam+io de entalpia para compresión isoentrópica- 8tu9l+mole

p ( Altura politrópica- ft1l+f9l+m


( )

s

p p M

%%

η

η ∆= 15773

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