Selección de Compresores
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Curso: Compresores
Selección de Compresores
Prof. Dr. Miguel ASUAJE
Selección de Compresores
Especificación de equipos
Preparación de cálculos
Selección de Compresor
Selección de Compresores
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.
Selección de Compresores
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
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.
Selección de Compresores REQUERIMIENTOS
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
Selección de Compresores REQUERIMIENTOS
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.
Selección de Compresores REQUERIMIENTOS
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
Selección de Compresores REQUERIMIENTOS
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.
Selección de Compresores
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
Selección de Compresores
DIAGRAMAS DE SELECCIÓN
(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
DIAGRAMAS DE SELECCIÓN
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: