Aspectos fundamentales del diseño de compresores de gas

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN
UNIVERSITARIA
UNIVERSIDAD BOLIVARIANA DE VENEZUELA
EJE CACIQUE MARA
PFG HIDROCARBUROS – GAS
Diseño de Procesos
Compresores
Integrantes:
Amaury Cabrera
Francisco Durán

2. Introducción
Los compresores, imponentes equipos encargados de comprimir
el gas, llevarlo desde una muy baja presión a otras más
elevadas de acuerdo a los requerimientos del campo.
Estos equipos de altos calibre necesitan de ciertas
consideraciones para funcionar correctamente, estas van desde
presión, temperatura, flujo, hasta el material con que se diseñen,
todas estas consideraciones técnicas varían de acuerdo al tipo de
fabricante y, obviamente el uso que se le vaya a dar al equipo
dentro de la industria.

3. 1 Consideraciones de diseño en un compresor
Capacidad de un compresor
Temperatura crítica
Presión crítica
Relación de compresión
Relación de presión

4. 1 Consideraciones de diseño en un compresor
Eficiencia de compresión
Proceso adiabático
Proceso isotérmico
Proceso isentrópico
Proceso politrópico

5. Compresores Reciprocantes
1 Consideraciones de diseño en un compresor
Presión de Descarga Nominal
Es la máxima presión requerida de acuerdo
con las condiciones especificadas por el
comprador para un uso determinado.
Temperatura de Descarga Nominal:
Es la temperatura más alta de operación
predecible, resultante de las condiciones
específicas de servicio.

6. 1 Consideraciones de diseño en un compresor
Compresor Centrífugo
Oleaje:
Se refiere a la cíclica e inestable operación
de un compresor dinámico a bajo flujo.
Punto Normal de Operación :
Este es el punto de operación usual y en el cual
se obtiene la óptima eficiencia deseada.

7. 2. Factores Sensitivos en Costos de Inversión
Número de unidades compresoras instaladas en
paralelo.
Tipo de compresor.
Tipo de accionador.
Velocidad de Flujo.
Requerimientos de cabezal.
Requerimientos de Potencia.
Tipo de Control.

8. 3. Factores que dañan las partes internas de
un compresor
 Contenido de Líquido
La presencia de líquidos en la corriente
gaseosa, usualmente es dañina a los
compresores y deberá evitarse diseñando
un sistema de entrada apropiado.  Contenido de Sólidos
Partículas sólidas grandes en la corriente gaseosa
pueden causar daños mayores en compresores de
cualquier tipo. Partículas sólidas pequeñas, tales como
desecho de soldadura, productos de corrosión, arena,
etc, pueden dañar las válvulas y partes del
revestimiento de los compresores reciprocantes.

9. 3. Factores que dañan las partes internas de
un compresor
 Corrosión
Los constituyentes corrosivos en el gas
deben ser identificados incluso para
condiciones de operación transitorias.
 Tendencia al Ensuciamiento
El ensuciamiento de las partes internas de un
compresor ocurre como resultado del arrastre de
sólidos finos y la polimerización de monómeros
insaturados.

10. 4. Efecto del Reciclo
Si se elimina el condensado (luego de un
enfriamiento) de la corriente de reciclo
alrededor de un compresor que maneje una
mezcla gaseosa, el peso molecular y otras
propiedades del gas de reciclo cambian con
respecto a las de la “alimentación fresca”.

11. 5. Presión de Descarga
Normal:
La presión de descarga especificada es aquella
requerida en la brida de descarga del compresor ó a la
salida del eliminador de pulsaciones a la descarga.
Máxima:
La presión de descarga máxima que un compresor de
desplazamiento positivo es capaz de producir está limitada
normalmente por la graduación de la válvula de seguridad a la
descarga.

12. 6.Presión de Ajuste
La presión de ajuste es el máximo nivel de presión
que puede ser alcanzado dentro del compresor,
después de que éste se dispare y antes de que la
presión sea venteada manualmente.
7 Temperatura de Entrada
Debido a que la temperatura de entrada afecta tanto la
velocidad de flujo volumétrico como el requerimiento de
cabezal para un determinado servicio de compresión, el
rango completo tiene que ser especificado.

13. 8. Temperatura de Descarga
La temperatura de descarga del compresor está
influenciada por la temperatura (absoluta) de entrada, la
relación de presión, el valor del calor específico del gas, y
la eficiencia de compresor.
9. Etapas del Proceso
Los servicios de compresión de alta relación de presión comúnmente
se separan en etapas de compresión múltiples y casi siempre incluye
enfriadores entre etapas a fin de remover el calor generado en la
compresión.
Razones para Diseñar el Proceso de Compresión por Etapas

14. 10. Razones para Diseñar el Proceso de
Compresión por Etapas
1. Para limitar la temperatura de descarga de cada etapa a
niveles que sean seguros desde el punto de vista de
limitaciones mecánicas o tendencia de ensuciamiento del gas.
2. Para tener disponibles corrientes laterales, en la
secuencia de compresión a niveles de presión intermedia,
tales como en los sistemas de los procesos de
refrigeración.
3. Para aumentar la eficiencia total de compresión
(a fin de obtener una reducción en potencia)

15. 4. Para enfriar las entradas a las etapas y de ésta manera
reducir los requerimientos de cabezal de compresión total,
suficientemente a fin de reducir el número de etapas de
compresión requeridas.
5. Para fijar el aumento de presión por etapa a
las limitaciones de presión diferencial del tipo
de maquinaria.
10. Razones para Diseñar el Proceso de
Compresión por Etapas

16. 11. Control
Para decidir sobre el sistema de control de una unidad de
proceso es importante conocer las variables de proceso que son
importantes y las herramientas de control y medición requeridas
para efectiva operación de la unidad.
12. Cabezal
“Cabezal” es un término usado en la determinación de la cantidad
de energía que debe ser añadida a cada unidad másica de gas para
producir el incremento deseado de presión.
Requerimiento de Servicio:

17. 12. Cabezal
Requerimiento de Servicio:
Las unidades que normalmente se
utilizan son:
1g =
x
Joules de energía =
Kilogramos de gas
metros de cabezal
Pie – lb de energía =
lb de gas
Pie del cabezal

19. 13. Condiciones Extremas de Operación
El diseñador del compresor debe :
Especificar el rango de los puntos de operación alterna
que debe ser capaz de aguantar el compresor.
Optimizar el diseño de la máquina para las condiciones
de operación más frecuentes.
Determinar el intervalo de tiempo entre cada condición
de operación especificada.

20. 14. Consideraciones para el Arranque
A- Prueba Inicial con Aire
Se realiza a todas las unidades
compresoras para servicios de gas y aire,
por un período corto, después de su
instalación inicial, después de trabajos
mayores de mantenimiento, o antes de
comenzar largos períodos de
funcionamiento.

21. 15. Objetivos de la Prueba Inicial con Aire
1. Verificar la limpieza y operatividad del aceite lubricante
y los sistemas de sello del eje.
2. Probar todas las señales permisibles de arranque, señales
de alarmas y paradas.
3. Revisión de las partes de desgaste (sellos de contacto,
anillo de pistones, dientes de engranaje, etc.) a baja
velocidad y carga liviana, con altas velocidades de
lubricación, y con paradas frecuentes para enfriamiento e
inspección.

22. 4. Probar el encendido y apagado del accionador.
6. Verificación de alineamientos de acoplamientos y niveles de
vibración con el compresor y conductor a temperaturas
cercanas a la temperatura de operación.
7. Dar oportunidad de entrenamiento al operador.
8. Soplado y/o secado de las líneas de proceso y equipos.
15. Objetivos de la Prueba Inicial con Aire

23. Una serie de corridas de prueba muy cortas
e intermitentes para probar la seguridad de
una corrida prolongada y para detectar
problemas que puedan surgir a velocidad
máxima
Mezcla de helio–nitrógeno que recircula en
el sistema (Recirculación de una Mezcla de
Gas Inerte) .
B- Circuito Cerrado para la Prueba Inicial

24. C- Riesgos al Circular Aire
Los compresores centrífugos con sellos de
aceite y los compresores reciprocantes con
cilindros lubricados no deberán operarse en
ningún momento en un circuito cerrado
usando aire u oxígeno
En los casos donde el sistema requiera una
inyección de nitrógeno deberá ser
especificada por el diseñador

25. D- Condiciones de Proceso
El diseñodor deberán considerar:
 Probar el compresor y el accionador bajo flujo total
 La operación eficiente de compresión a carga parcial.
16. Flexibilidad para Expansión
Especificar las condiciones de operación futuras

26. Estimados en la etapa de diseño, para poder especificar los
sistemas de servicios y estimar los costos de operación.
17. Requerimientos de Potencia
18. Reclasificación de la Capacidad del Compresor
Operado a Máxima Carga
El diseñador debe estipular:
Si existe un margen entre el requerimiento de potencia nominal
del compresor y aquel permitido por el elemento motriz,
entonces la calibración de la capacidad del compresor debe
incrementarse hasta que el
accionador quede a carga máxima

27. 19. Condiciones Ambientales que afectan el diseño y las
instalaciones de todos los equipo de compresión
B-Rango de Temperatura
Ambiente –Determina la
clasificación climática de la zona
C-Polvo y Arena –Afecta
piezas descubiertas del sistema
A-Altura –Afecta la lectura de
algunos indicadores

28. 20. Líquido en Corrientes Gaseosas
A- Riesgos
 Daños a los lubricantes
 Corrosión
 Erosión
B- Medios para Proteger los
Compresores
El diseño del sistema de
compresión debe contemplar
algunos sistemas de remoción
de líquidos

29. 21. Materiales para Maquinarias
A- Corrosión con Esfuerzo de Acero Super–Templado
Seleccionar acero con baja susceptibilidad (H2S+H2O)

30. 22. Afectaciones a los Sellos del Eje
A- Presión
Deben ser incluidas en la especificaciones de diseño las
siguientes presiones:
Presión de entrada mínima
Presión de entrada máxima
Presión de ajuste, luego de una parada
B- Ingreso de Sellador en la Corriente Gaseosa
Deberá indicarse la sensibilidad del proceso a pequeñas
cantidades de los siguientes selladores:
1. Aire atmosférico, en pequeñas cantidades.
2. Aceite lubricante, en pequeñas cantidades.
3. Gas amortiguador.

31. 23. Exactitud de la Información de Ingeniería
Suministrada por el suplidor
Los Catálogos de Productos
Las Investigaciones de Pre–oferta
Las Propuestas Comerciales
Las Ordenes de Diseño
Se deben obtener los datos de ingeniería a través de los
siguientes documentos:

32. 24. Temperatura de Diseño
Es la temperatura del metal a la condición más severa
de presión y temperatura coincidentes, debe ser entre 10
y 30°C superior a la temperatura máxima de operación
Compresores Centrífugos
«Máxima temperatura de trabajo de la carcaza» =Tem
de descarga máx+ 30°C
Compresores Reciprocantes y Rotativos
«Temperatura máxima permisible»= Temperatura
nominal de descarga+14°C

33. 25. Presión de Diseño
Es la presión a la cual la máquina
tiene que ser estructuralmente segura utilizada para
determinar el espesor mínimo de pared de las cavidades
presurizadas
Compresores Centrífugos
Presión máxima de trabajo = máxima presión del compresor +
máxima presión de succión + la presión diferencial que el
compresor está en capacidad de desarrollar
Compresores Reciprocantes y Rotativos
Presión de trabajo máxima permisible = presión de descarga
nominal + 10% (o 175 kpa, 25psi)

34. 26. Especificaciones del Compresor
El ingeniero de proceso debe llenar la Hoja de
Especificaciones Correspondiente con:
 Los datos generales del Compresor
 Condiciones de operación para el servicio que va a
cumplir
 Tipo de gas y composición del mismo
 Datos del sitio, y condiciones de los
servicios.

35. Conclusión