Compresores Ipgn Arenas

Compresores.

Universidad Nacional Autónoma de México

Ingeniería de Producción de Gas Natural.

Arenas Del Ángel Rodrigo Arturo.Copca Godínez Sebastián.Espíndola Amador José Antonio.Monroy Andrade Juan Francisco.Torres Damián Carlos.

Equipo 1 CICLO ESCOLAR: 2015-2 19/04/2015

COMPRESORES CENTRIFUGOS. Antecedentes:

• Entre 1921 y 1922 Carrier patenta el ‘’Centrifugal Chiller’’ destinado al acondicionamiento de grandes espacios. Este tipo de compresores están fundamentados en los trabajos de Auguste Camille Edmond Rateau sobre maquinas de vapor.

• En 1910, H. Lorenz y E. Elgenfeld propusieron el uso de compresores centrífugos en el Congreso de Refrigeración de Viena. Sin embargo no fue hasta 1911 en que W. H. Carrier los aplica, el motivo de introduccion fue disminuir el tamaño de las instalaciones de gran potencia.

• En Suiza, Brown Boveri Co. En 1926 trabajo con amoniaco en este tipo de compresores, mas tarde con CFC, Los compresores, antes de 1940, tenían de 5 a 6 rodetes, para pasar a 2 o 3 entre 1940 y 1960. A partir de 1960 se empezó a construir también con un único rodete.

Partes fundamentales.

• En su forma más simple un compresor centrífugo es una unidad de flujo de gas de una etapa montada sobre un motor. Tal unidad es mostrada en la Fig. 1. Este consiste de una tobera de entrada, el impulsor, el difusor, la voluta o carcaza, la fuente de energía (motor o turbina de vapor, etc.), la flecha, el pasaje que sigue el gas en su curso y otras partes.

Fig. 1 Corte de un compresor centrífugo de simple etapa, simple entrada, con impulsor tipo cerrado.

Principio de operación.

• Los compresores centrífugos son inherentemente máquinas de alta velocidad y tienen ventaja para requerimientos de gran capacidad. El gas entra la unidad a través de la tobera de entrada. De aquí pasa al impulsor con un mínimo de choque y turbulencia.

• El impulsor recibe al gas y lo comprime. El impulsor también pone en movimiento al gas y le da una velocidad un poco menor que la velocidad máxima del impulsor. El difusor circunda al impulsor, sirve para reducir gradualmente la velocidad del gas y convertir la energía de velocidad a un nivel de presión más alto.

• También hay compresores centrífugos de dos o más etapas, llamados de multietapas y éstos se usan cuando se requiere mayor presión. Una configuración típica se muestra en la Fig. 2.

Fig. 2 Esquema de la sección vertical de un compresor centrifugo multietapas.

Curvas características.

• a) Ideal. La Fig. 3 es una curva de este tipo, la cual, está determinada por la forma de los álabes o aspas de salida, ya que éstos conforman el tipo de flujo en el interior del impulsor.

• b) Real. La curva característica ideal es modificada por otras pérdidas llamadas de incidencia, éstas son debidas al ángulo de ataque del gas en la entrada del impulsor. Si este ángulo no coincide con el de las aspas aparece una componente tangencial de velocidad relativa, la cual produce una pérdida de carga pero e s despreciada.

Fig. 3 Curvas características de un compresor centrífugo.

Clasificación.

a) Por el tipo de carcaza:• Seccionalizada. Usualmente es de multietapas.• Dividida horizontalmente. Una etapa (doble succión) y multietapas. • Dividida verticalmente. Una etapa (de baja presión con impulsores montados sobre una flecha de motor, de impulsores

montados sobre una flecha operada por el cojinete del compresor, compresores elevadores de alta presión) y multietapas, (máquinas especializadas para un servicio de tipo convencional adaptado al compresor dividido horizontalmente).

b) Por el tipo de impulsores. • Abiertos. • Semicerrados. • Cerrados. c) Por el tipo de álabes. • Rectos. • Curvados hacia adelante. • Curvados hacia atrás.Estas clasificaciones son las más generales. Las hay de otros tipos, pero su aplicación en la industria petrolera es de poca importancia.

Compresores Rotativos.

• Los compresores rotativos consiguen aumentar la presión del aire mediante el giro de un rotor. El aire se aspira cuando el rotor gira en un determinado sentido y después se comprime dentro de la cámara de compresión que se origina en el compresor.

Ventajas del compresor rotativo Desventajas

• En el rango de 1 a 100 m3/s (según cual sea la razón de compresión) es el más conveniente desde el punto de vista económico, pues basta una sola unidad.

• Ocupan relativamente poco espacio.• Flujo continuo y sin pulsaciones.• Se pueden conectar directamente bien a un motor

eléctrico o a una turbina movida por vapor.• Largos periodos de tiempo entre reparaciones

u operaciones de mantenimiento.• No hay contaminación del gas por aceite lubricante.

• La presión de descarga depende del peso molecular del gas: un cambio imprevisto de a composición puede modificar grandemente la presión de descarga (demasiado baja o demasiado alta).

• Se necesitan velocidades de giro muy altas.• Aumentos relativamente pequeños de la pérdida de ca

rga en la tubería de impulsión pueden provocar grandes reducciones de la capacidad.

• Se necesita un sistema complicado para evitar las fugas y para la lubricación

• Dentro de este tipo de compresores se pueden distinguir muchos tipos. Los mas importantes son los siguientes:

Compresor rotativo de paletas.• Un compresor rotativo de paletas es un tipo de compresor en el cual el rotor gira en el interior

de un estátor cilíndrico. Durante la rotación, la fuerza centrífuga extrae las paletas de las ranuras para formar células individuales de compresión. La rotación reduce el volumen de la célula y aumenta la presión del aire.

• El calor que genera la compresión se controla mediante la inyección de aceite a presión.• En los compresores de paleta el rotor cilíndrico es tal colocado excéntricamente dentro del

hueco tabular del estator. • El rotor lleva un número de paletas radiales metidas en unas ranuras dispuestas a tal efecto, y

cuando el rotor gira accionado por el motor, las paletas se desplazan hacia fuera ajustándose a la pared interior del estator hasta el punto de excentricidad máxima situado en la parte superior del estator.

• En el momento en que llega a la lumbrera o abertura de descarga el aire será empujado a través de ella hacia la salida habiéndose consumado el ciclo aspiración-compresión-descarga.

Son muy silenciosos y proporcionan un nivel de caudal prácticamente constante

Compresor de tornillo.• El estudio del primer compresor rotativo de tornillo, lo realiza en 1934 el profesor Alf

Lysholm .El principio de funcionamiento de este compresor está esquematizado en la figura 6-15.

• Lo que esencialmente constituye el compresor de tornillo, es un par de rotores que tienen lóbulos helicoidales de engranaje constante. Los rotores van montados en un cárter de hierro fundido provisto de una admisión para aire en un extremo y una salida en el otro. El tornillo macho tiene normalmente cuatro lóbulos y el hembra seis.

• El tornillo macho ha girado 1/4, el hembra 1/6 de revoluciones, en cada una de las figuras de] diagrama (Fig. 6-15) . Según giran los rotores , los espacios que hay entre los lóbulos van siendo ofrecidos al orificio de admisión y el incremento de volumen experimentado provoca un descenso de presión, con lo que dichos espacios empiezan a llenarse de aire (A).

• Al mismo tiempo se inyecta aceite sometido a presión neumática en el aire entrante; no hay bomba de aceite.

• Son relativamente nuevos y, además, caros, aunque debido a su bajo desgaste, a largo plazo son muy ventajosos.

• Son muy silenciosos y proporcionan unos caudales de hasta 8 m3/min, junto con una presión que oscila entre los 7 y los 14 bar.

• El funcionamiento de estos compresores se basa en el giro de dos tornillos helicoidales que comprimen el aire que ha entrado por el orificio de aspiración, y lo expulsan hasta el orificio de salida.

Figura 6-15

Compresores ROOTs:• Su principio de funcionamiento se basa en aspirar aire e introducirlo en una cámara

que disminuye su volumen. Está compuesto por dos rotores, cada uno de los álabes, con una forma de sección parecida a la de uno cho. Los rotores están conectados por dos ruedas dentadas y giran a la misma velocidad en sentido contrario, produciendo un efecto de bombeo y compresión del aire de forma conjunta. Este compresor consigue impulsar el aire a mayor velocidad.

• Además los rotores no están en contacto el uno con el otro, ni cada uno de ellos con las paredes de la carcasa, siendo baja la estanqueidad del sistema y, por tanto, dando lugar a pequeñas fugas del aire.

Características:

• 1.-Producen altos volúmenes de aire seco a relativamente baja presión.• 2.-Este sistema es muy simple y su funcionamiento es muy parecido a la

bomba de aceite del motor de un auto donde se requiere un flujo constante.

• 3.-Tienen pocas piezas en movimiento.• 4.-Son lubricados en general en el régimen de lubricación hidrodinámica

aunque algunas partes son lubricadas por salpicadura del aceite. A veces los rodamientos o cojinetes pueden estar lubricados por grasas.

Ventajas Desventajas

En el rango de 1 a 100 m3/s (según cual sea la razón de compresión) es el más conveniente desde el punto de vista económico, pues basta una sola unidad.

Se le pueden conseguir variaciones relativamente grandes de la capacidad sin que varíe mucho la presión de descarga.

Ocupan relativamente poco espacio. Flujo continuo y sin pulsaciones. Se pueden conectar directamente a un motor-

eléctrico o a una turbina movida por vapor. Largos periodos de tiempo entre reparaciones u

operaciones de mantenimiento. No hay contaminación del gas por aceite lubricante.

La presión de descarga depende del peso molecular delgas: un cambio imprevisto de la composición puede modificar grandemente la presión de descarga (demasiado baja o demasiado alta).

Se necesitan velocidades de giro muy altas. Aumentos relativamente pequeños de la pérdida de

carga en la tubería de impulsión pueden provocar grandes reducciones de la capacidad.

Se necesita un sistema complicado para evitar las fugas y para la lubricación.