Selección y Desempeño de Compresores by Memorias Conferencias ACIEM

Selección y Desempeño de Compresores Prof. Dr Miguel Asuaje

Abril, 2017

Contenido  Introducción General  Las Máquinas  Clasificación  Un poco de Historia de Compresores  Las Turbomáquinas  Compresores Dinámicos  Compresores en procesos industriales  Turbo cargadores  Compresores Volumétricos  Compresores Reciprocantes  Compresores Rotativos

Contenido  Aspectos Fundamentales de Termodinámica  Las Propiedades Termodinámicas  Los Gases y Ecuaciones de Estado  Procesos de Compresión  Mapas de Operación y Análisis Dimensional  Selección de Compresores  Comentarios Finales

Máquinas Una máquina es un conjunto de elementos móviles y fijos, cuyo funcionamiento permite aprovechar, dirigir, regular o transformar energía o realizar un trabajo.

Se Clasifican en: Máquinas manuales o de sangre Máquinas eléctricas Máquinas hidráulicas Máquinas térmicas

Clasificación de las Máquinas de Fluido Según Principio de Funcionamiento

Según su Forma

Máquinas que Producen Trabajo

Máquinas que Requieren trabajo

Volumétricas

transferencia de energía por cambio de volumen

Dinámicas

transferencia de energía por cambio de cantidad de mov. angular

Rotativos

Axiales

Reciprocantes

Radiales

Motores

Turbinas

Bombas Compresores

Máquinas Volumétricas PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Ej: Compresor Reduciendo el volumen de un gas aumenta su presión

A BB

Motor de Combustión Interna

Bomba Pistón para el desplazamiento de líquido

Máquinas Volumétricas Máquina Volumétrica: Máquina de fluido donde la transformación de energía se realiza por medio de la variación de volumen de una cámara, cilindro o cavidad interna de la máquina.

El volumen de líquido desplazado por un sólido es igual al volumen del mismo

Definiciones Generales Turbomáquina: Máquina de fluido en donde la transformación de energía se realiza por medio de la variación del momento cinético del fluido que la atraviesa

w H

Turbomáquinas Una turbomáquina es máquina de fluido en donde la transformación de energía se realiza por medio de la variación del momento cinético angular del fluido que la atraviesa

Turbo ó Turbinis Latín, «giro, remolino» Un rotor varía la entalpía de estancamiento de un fluido.

Turbomáquinas Se clasifican en: Máquinas Hidráulicas

ρ = ctte

ρ ≠ ctte

Máquinas Térmicas 10

Los Compresores Máquina que eleva la presión reduciendo su volumen de un gas, vapor… cualquier fluido de trabajo

Volumétricos

Alternativos Rotativos

Rotodinámicos

Axiales

Radiales

Un poco de Historia… Los compresores de aire han existido desde hace cientos de años. Uno de los principales usos de aire comprimido era aumentar la combustión en un horno

Los Compresores de aire antiguos: Los herreros antiguos solían gritar y rugir para intensificar su fuego Los primeros compresores son Fuelles. Hay evidencias de esto en 4.000 años a.C. en el antiguo Egipto y Sumeria

Un poco de Historia… Año 285 a.C. En esta fecha nació Ctesibio (285 222 a.C.), inventor y matemático griego considerado el padre de la neumática debido a que escribió el primer tratado científico sobre el aire comprimido Aunque se conoce muy poco de su vida, se cree que probablemente fue el primer director del Museo de Alejandría. Se le atribuye, el desarrollo de una bomba neumática e incluso de una catapulta neumática. Ctesibio realizó otro invento muy curioso basado en la neumática: un órgano de agua.

http://www.mundocompresor.com

Algunos siglos después, Herón de Alejandría (20 - 62 d.C.), ingeniero y matemático, también estudió el aire en su tratado "La Neumática". A pesar de ello, es más conocido por ser el precursor de la máquina de vapor conocida como "Eolípila y la Fuente de Herón", cuya aplicación práctica en los templos le granjeó el pseudónimo de El Mago. Herón desarrolló a lo largo de su vida unos 80 aparatos mecánicos que funcionaban con aire comprimido, vapor o presión hidráulica.

Un poco de Historia… SXVII, Ing. Físico Alemán Otto von Guericke experimentó y mejoró los compresores de aire. En 1650, Guericke inventó la primera bomba de aire, la cual podía producir un vacío parcial y él mismo uso esto para estudiar el fenómeno del vacío y el papel del aire en la combustión y la respiración. En 1829, la primera fase o componente del compresor de aire fue patentada. Dicho componente comprimía aire en cilindros sucesivos. Para 1872, la eficiencia del compresor fue mejorada mediante el enfriamiento de los cilindros por motores de agua, que causó a su vez la invención de cilindros de agua. Uno de los primeros usos modernos de los compresores de aire fue gracias a los clavadistas de mares profundos, quienes necesitaban un suministro de la superficie para sobrevivir. Conocimiento de clavadistas que emplean compresores de aire tuvieron lugar en 1943. Los primeros mineros emplearon motores de vapor para producir suficiente presión para operar sus taladros, incluso cuando dicho dispositivos probaban ser extremadamente peligrosos para los mineros. En 1960 los lava-autos de auto-servicios, alta-presión y “hazlo tú mismo” se hicieron populares gracias a los compresores de aire.

Locomotora de Homestake Mining (Dakota del Sur,USA), funcionaba con aire comprimido y se usaba para minas. (1928 – 1961)

Un poco de Historia… AIR COMPRESSOR— Patern of the "Ingersoll-Sergeant Drill Co." Operated by a Pelton wheel. Vertical section

Año 1899?

DUPLEX STEAM ACTUATED AIR COMPRESSOR— "Ingersoll-Sergeant" model. The air cylinders are tandem to each steam cylinder with steam and air governors

Un poco de Historia…

Compresor de Pistón Accionado por Máquina de Vapor (NEA 1935)

Los motores neumáticos tambien impulsaron el desarrollo de los compresores: Un motor neumático o motor de aire comprimido es un tipo de máquina que puede realizar trabajo mecánico expandiendo aire comprimido

El aeroplano de Victor Tatin (1879) usaba un motor de aire comprimido

El primer submarino propulsado mecánicamente utilizaba, the 1863 Plongeur, usaba una máquina de aire comprimido Musée de la Marine (Rochefort).

Un poco de Historia… en los Turbo <1689

Primeras Tubomáquinas

Bombas, Sopladores y Ventiladores

1689

Denis Papin

Origen del compresor centrífugo

1754

Leonhard Euler

Ecuación Fundamental de las Turbomáquinas

1791

John Barber

Primera patente de Turbina a Gas

1899

Dr. A. C. E. Rateau

Primer compresor centrífugo práctico

1927

Aurel Boleslav Stodola

1928

Adolf Busemann

1937

Frank Whittle

>1970

Modern turbomachines

Se define el factor de deslizamiento o factor de disminución de trabajo Deriva el factor de deslizamiento Primera Turbina a gas usando un compresor centrífugo 3D-DFC (Dinámica de Fluidso Computacional) Bombas para naves espaciales, Bombas para corazón, compresores de alta potencia

En los últimos 100 años, grandes investigadores aplicados: Stodola (1903, 1927–1945), Pfleiderer (1952), Hawthorne (1964), Shepard (1956), Lakshminarayana (1996), Japikse (1997), Las mejoras en los compresores centrífugos no han sido alanzadas con grandes descubrimientos. Las mejoras han sido logradas a través de la comprensión y la combinación de los avances en diferentes áreas del conocimiento

Aplicaciones de los Compresores Compresión en muchas aplicaciones … Accionados con Turbina:  Generación de Electricidad  Propulsión  Motores de Combustión Interna

Compresor

Cámara de Combustión



Turbina

Turbocharger

Compresores en Procesos Industriales • Los más usados en procesos industriales

Soplador alta presión

Compresores centrífugos

Componentes principales de una etapa radial.

Compresores en Procesos Industriales

Compresor de Gas pmax = 12.5 bar Caudal = 1,500 - 200,000 m3/h Usado: •Petroquímicas •Refinerías •Metalúrgicas

Ventilador Axial Potencia Requerida = 13,5 MW Caudal = 360.000m3/h 13,5 KW equivalen

El caudal máx. es equivalente a 144 piscinas olímpicas en una hora

x 180

Compresores en Procesos Industriales

Compresor Centrífugo 8 etapas “back-to-back” refrigeración amoniaco

Compresor Centrífugo

Compresor de barril forjado – Altas presiones

Compresor carcasa partida + barril forjado gas lift

Turbocargadores Sistema de inducción forzada ampliamente usada en motores de combustión interna.

El sistema aprovecha la energía proveniente de los gases de escape para aumentar la densidad del aire suministrado al motor obteniéndose así mayores rendimientos.

Turbocargadores/Funcionamiento 1 Compressor Inlet 2 Compressor Discharge 3 Charge air cooler (CAC)

-Mejora el desempeĂąo en un (30-80)% -Aumenta el desgaste de los motores -Entre 20 y 30 millones manufacturados cada aĂąo

4 5 6 7

Intake Valve Exhaust Valve Turbine Inlet Turbine Discharge

http://static.howstuffworks.com/gif/turbo-parts.gif http://www.turbobygarrett.com/turbobygarrett/images/tech_center/Tech101_enlarged.gif

Turbocargadores/Partes Principales

Compresores VolumÃ©tricos COMPRESORES RECIPROCANTES

Pistones

Diafragma

Compresores Volumétricos COMPRESORES ROTATIVOS Pistones Rotativos

Anillo Líquido

Tornillo

Lóbulo

Compresores de Tornillo

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

El volumen de aire o gas se reduce progresivamente a lo largo de la longitud del tornillo, incrementando la presiรณn

Códigos y Estándares Códigos y estándares aplicables en la especificación y evaluación de equipos de compresión Compresores Dinámicos  API Standard 617, "Centrifugal Compressors for General Refinery Service."  API Standard 672, "Packaged, Integrally Geared Centrifugal Air Compressors for General Refinery Service."  API Standard 673, "Special Purpose Centrifugal Fans for General Refinery Service." Compresores Volumétricos  API Standard 618, "Reciprocating Compressors for General Refinery Service."  API Standard 619, "Rotary Type Positive Displacement Compressors for General Refinery Services."

Aspectos Fundamentales de Termodinรกmica. Procesos de Compresiรณn

Las Propiedades Termodinámicas … Volumen específico

  1 t=t1

PvT

Presión

p1»0

p2=pa

Podemos crear algo muy cerca del vació, porque el mercurio tiene una presion de vapor muy baja @ Tambiente 20ºC » 0,16Pa (absoluta)

Z1=h Z2=0

Temperatura En un sistema simple podemos elegir como variables independientes P (presión) y T (temperatura) ya que son las más fáciles de medir y si consideramos el volumen V como variable dependiente de P y T, entonces: V=V (P, T)

Otras Propiedades Termodinámicas … uˆ h  uˆ 

Energía Interna p ρ

s C p  C

Entalpía Entropía Calores Específicos

Excitación y Movimiento a nivel Molecular Función matemática combinación de funciones de estado “Medida de desorden Molecular”. Propiedad termodinámica vinculada con ciclos reversibles a Calor Transferido un sistema para variar en un diferencial su temperatura

Dos pseudo – Propiedades de Transporte:

k 

Conductividad Viscosidad

Vinculado a la transferencia de Calor Vinculado a al movimiento del fluido

Ecuaciones de Estado La diferencia entre los gases reales e ideales es considerado por el factor de compresibilidad Z. Gas Ideal

P   R  T

Gas Real

P   Z  R  T

Z=f(P,T)=f(Pr,Tr)

T Tr  Tcr

P Pr  Pcr

- Las propiedades pseudocriticas Pcr y Tcr son funciones de la composición del gas (o de la gravedad especifica g). - La precisión de los factores Z de

Gráfico Standing-Katz

Tablas. Propiedades de Gases

Procesos de Compresiรณn

Procesos de Compresión En un compresor suelen ser catalogadas de tres formas: Procesos de Sin enfriamiento o Compresión con Calentamiento Con enfriamiento Reales

Isotérmica

Los procesos de compresión se pueden caracterizar como Procesos n Politrópicos

pv  ctte

Además, el proceso de compresión de referencia… Compresión Isentrópica Proceso en gas que ocurre de forma reversible con TFC. En un Log-Log se grafica una línea recta

-n

Log p Log v

Diagramas de procesos de compresión

pv  ctte n

n  ctte Pueden ser determinados experimentalmente

Compresión Isentrópica nk ó Cp k Cv

Sabemos que:

k 1 C p  Cv

pv k  ctte En Condiciones Normales

p= 1 [bar] T= 273 [k]

En Condiciones Standard

p= 1 [bar] T= 298 [k]

K aire= 1,4 K gases= 1,33

Relaciones Isoentrรณpicas para gas ideal

Valores de k(T) Para Gas Natural, existe una correlación empírica

k  1.3  0.31 g  0.55

k… importante para el tamaño y desempeño de un compresor

Proceso de Compresiรณn Con Enfriamiento

Con enfriamiento intermedio externo: s

Proceso de CompresiĂłn IsotĂŠrmico

Con enfriamiento intermedio interno:

Compresión Isentrópica

nk Sin enfriamiento

nk ó Con enfriamiento

nk ó Isotérmica

n 1

Para calcular el trabajo de compresión:

  p2  n  W RT1    p1  n 1 

 p2  W  RT1 ln    p1 

n 1 n

  1  

Potencia Requerida en Compresores La cantidad teórica de energía necesaria para comprimir una cantidad de gas dada entre unas condiciones de succión y descarga especifica. La cantidad de energía real depende de la eficiencia del compresor y del tipo de accionamiento.

Potencia Requerida en Compresores La ecuación general es: Potencia





( M asa de gas unidad  tiemp o)  h teorica Unidad de masa ( eficiencia) ( Factorde conversión  de energía )

Las eficiencias global de los compresores varían con el tipo de compresor, tamaño, y rendimiento. Compresores Centrifugos Reciprocantes (Altas velocidades) Reciprocantes (Bajas velocidades) Tornillo

Eficiencia 0.65-080 0.65-075 0.75-085 0.65-075

Potencia Requerida en Compresores Uso de Correlaciones de Entalpía

Donde: m: flujo másico de gas h2s: Entalpia isoentrópica a la salida del compresor por unidad de masa h1: Entalpia de entrada por unidad de masa Procedimiento:

Paso 1: Determinar h1 y s1 de T1 y P1 Paso 2: Asumir Proceso Isoentrópico, s2=s1 Paso 3: De s2 y P2 Determinar h2s Paso 4:

Valores de Entropía y Entalpía son calculados de la ecuación de estado o diagramas h-s para gases

Entalpia (KJ/kmol)

Diagrama de entropía y entalpía para gas natural (densidad relativa 0.65-0.75)

Entropía (KJ/kmol K)

Potencia Requerida en Compresores Uso del Integral PV Para compresión adiabática-reversible de un gas (real) se puede usar la siguiente expresión:

Expresión para la variación de entalpía para un proceso isoentrópico de un gas real

Donde: •hs: Cambio de Entalpía isoentrópica •T1: Temperatura de Succión •Zav: Promedio del factor de compresibilidad (z1+z2)/2 •R: Constante del gas •K: Radio de Calores Específicos •P2/P1: Radio de compresión

Potencia Requerida en Compresores Uso del Integral PV Para compresión no-adiabática reversible de un gas (real) se puede usar la siguiente expresión: Donde: •hp: Cambio de Entalpía politrópica •T1: Temperatura de Succión •Zav: Promedio del factor de compresibilidad (z1+z2)/2 •R: Constante del gas •n: Coeficiente politrópico •P2/P1: Radio de compresión

Expresión para la variación de entalpía para un proceso politrópico de un gas real

Potencia Requerida en Compresores Relación entre Eficiencia Isoentrópica y Eficiencia Politrópica Eficiencia politrópica, hp

Relación de compresión,

Eficiencia isoentrópica, htt

Potencia Requerida en Compresores Altura o Cabezal Politrópico

El término cabezal politrópico se refiere a:

La potencia en el eje se puede calcular como:

Donde: •Hp: Cabezal politrópico •g: Gravedad

En general: hm » 98%

Rendimiento politrรณpico, hp Valores Referenciales

Rendimiento politrópico, hp Valores Referenciales

Relaciones empíricas válidas para Compresores Centrífugos: 0.8 0.78

Eficiencia politrópica. hp, -

0.76

DP=0-5 [bar]

0.74 0.72

DP=5-20 [bar]

0.7 0.68

DP=20-100 [bar]

0.66

DP>100 [bar]

0.64 0.62 0.6 0.1

Flujo volumétrico, Q, m^3/s

Temperatura de Descarga del Compresor

COMPRESORES Mapas de Operaciรณn y Anรกlisis Dimensional Prof. Miguel Asuaje Marzo, 2012

Curvas de DesempeĂąo de Compresores

Pressure ratio (Po2/Po1)

Surge line iso h

N/To1

Pressure ratio (Po2/Po1)

Mapas de Operación Compresores Centrífugos

N/To1 Choke line

Corrected Air Flow (lb/min)

Polytropic Head [m]

Mapas de OperaciĂłn Compresores CentrĂfugos

Volumetric flow [m^3/hr]

DesempeĂąo Compresores CentrĂfugos DesempeĂąo de una familia de Compresores

Rango de OperaciĂłn. Compresores CentrĂfugos

Rango de Operación. Compresores Centrífugos

m Choke  m Surge Rango  m Choke

Mapas de operaciรณn Compresores Axiales

Mapas de operaciรณn Compresores Axiales Comparaciรณn del Rendimiento de los turbocompresores

Selecciรณn de Compresores

Selección de Compresores Especificaciones: - Fluido - Condición de Operación Selección de Compresor

Preparación de cálculos

Especificación de equipos

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.

Selecciรณn 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.

Análisis cromatográfico Comp. N2 CO2 H2S C1 C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 C6 C7+ Total

yi Mi mol-% kg/kmol 3.35 28 1.76 44 0.53 44 83.27 16 5.16 30 1.91 44 0.41 58 0.70 58 0.28 72 0.28 72 0.39 86 1.98 138 100.02 21.77

Tci Pci K bara 126.3 33.99 304.2 73.82 304.2 73.82 190.6 46.04 305.4 48.80 369.8 42.49 408.2 36.48 425.2 37.97 460.4 33.81 469.7 33.69 507.4 30.12 620.2 24.95 214.2 45.70

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 0.5 - 15.000 kW

80 -

Piston

Presiòn de Descarga, bar(E)

Spirale 40 -

Diente

Tornillo 10 -

Centrífugo

987-

ZT 54-

21-

LXF

ZE2 50

100

200

500

1000

ZA / ZE 2000

5000

HA 10000 20000 40000

SC GT 200.000 M3h

Selecciรณn de Compresores

Presiรณn de descarga Bar

DIAGRAMAS DE SELECCIร N

Volumen de succiรณn m3/s

Selecciรณn de Compresores DIAGRAMAS DE SELECCIร N

Selección de Compresores DIAGRAMAS DE SELECCIÓN

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

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 Centrífugo Axial Reciprocante Paletas Lóbulos Tornillos

Flujo volumétrico, ACFM 600 - 200.000

Presión de descarga máxima, psig 8.700

59.000 - 880.000

145

9 - 5.000 0 - 3.000

50.000 125

0 - 30.000 30 - 20.000

15 250

Selecciรณn 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 Alta Eficiencia

AXIAL

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

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

CENTRÍFUGO Buena capacidad de regulación a velocidad constante

RECIPROCANTE

“Anti-surge”

Se requiere protección

“Anti-surge”

TIPO DESPLAZAMIENTO POSITIVO Capacidad de control a través de Se requiere gran robustez por fuerzas y válvulas descargadoras, y capacidad momentos no balanceados para operar a flujos muy bajos 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 RECIPROCANTE

VENTAJAS Alta eficiencia Insensibilidad a cambios de composición del gas

DESVENTAJAS Mantenimiento intensivo Motores de baja velocidad requeridos para grandes máquinas

Gran capacidad para realizar trabajo pesado LOBULO

TORNILLO

Construcción simple

Control de capacidad limitado a válvulas en la succión

Apropiados para motores eléctricos de accionamiento directo Amplio rango de aplicaciones, especialmente en refrigeración e industrias criogénicas Tornillos bañados en aceite tienen alta eficiencia y altas relaciones de compresión Manejan gases húmedos y sucios con facilidad.

Relación de compresión limitada (0.5 a15 psi) por lo que no son usados en muchos procesos Los tornillos secos están sujetos a fallas catastróficas si se rozan en operación Pérdidas de flujo en el espacio entre los tornillos secos resulta en baja eficiencia Los tornillos secos producen mucho ruido por lo que estos compresores requiere aislamiento y silenciadores El diseño es un factor crítico en la confiabilidad de estos compresores Requieren de varios sellos en el eje

Insensibles a cambios en la composición del gas 10 a 100% de la carga con válvulas de deslizamiento

PALETAS

ANILLO LÍQUIDO

Unidades con lubricación de aceite son menos ruidosas, operan a menores velocidades y eliminan calor del proceso compresión Máquinas muy simples y confiables

Tornillos con recubrimiento de aceite requieren de equipos de separación del aceite Requieren de un equipo para separación del aceite

El funcionamiento y régimen de operación rotacional Las aletas suelen gastarse rápidamente y trancarse en las facilitan el uso de cualquier motor común encontrado uniones con el rotor complicando su reemplazo en la industria Refrigeración interna por aceite permite altas relaciones de compresión Mantienen un alto índice de aspiración Equipo para la separación del líquido de sellado es necesario Refrigeración interna permite altas relaciones de compresión

Selecciรณn 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:

Resumen  Se han presentado aspectos básicos sobre los compresores: Rotodinámicos y Volumétricos.  Luego de una breve introducción y paso por la historia, se explicaron los procesos de compresión.  Las curvas de operación y desempeño y las particularidades de cada tipo de compresor fueron discutidas.  Se discutieron aspectos a considerar en el procesos de selección, culminando con una tabla resumen con criterios guías para la selección de compresores.

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