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Selección De Compresores. Angélica Barrios Manrique Laura Roa Bandera. INTRODUCCIÓN. Los compresores utilizados en plantas de la industria de procesos químicos. Complejos Construidos con precisión Costosos Selección, Operación y Mantenimiento deben ser cuidadosos.
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Selección De Compresores Angélica Barrios Manrique Laura Roa Bandera
INTRODUCCIÓN • Los compresores utilizados en plantas de la industria de procesos químicos. Complejos Construidos con precisión Costosos • Selección, Operación y Mantenimiento deben ser cuidadosos. • La operación incorrecta puede ocasionar inestabilidad, daños en componentes internos.
COMPRESORES CENTRIFUGOS • Velocidad en las puntas del impulsor 800 a 900 ft/s. • Debido a las altas velocidades • Z= límite de vibración permisible (milésimas de pulgada) máx. 2 mils • n= velocidad en rpm
COMPRESORES RECIPROCANTES • Funcionan con el principio adiabático mediante el cual se introduce el gas en el cilindro por las válvulas de entrada, se retiene y comprime en el cilindro y sale por las válvulas de descarga.
Atrapa un gas dentro del compresor Mientras el gas se comprime aumenta la presión Lo fuerza a ocupar un volumen menor
COMPRESORES ROTATORIOS • Tienen capacidad máxima de 25000 ft3/min • No hay contaminación del gas por lubricantes. • Son muy ruidosos y no suelen tener protección como silenciadores de succión y descarga. • Se necesitan velocidades de giro muy altas • Se necesita un sistema complicado para evitar las fugas y para la lubricación.
VELOCIDAD ESPECÍFICA • La velocidad específica, Ns , es un número índice para los impulsores de los diversos tipos de compresores. Ns= rpm Ds= Diámetro especifico Q= flujo de aire ft3/s D= Diámetro del H=Carga (ft∙lb)/lb impulsor N
Ejemplo 1 • Se hará la selección preliminar de un compresor para manejar 90000 PCMS de aire cuando las condiciones en la succión son 14.3 psia, 90°F y 70% de humedad relativa. La presión de descarga será de 22.3 psia, el peso molecular = 28.59, k =1.395. Se supondrá un impulsor con diámetro D de 55 in y velocidad de rotación N de 3 550 rpm. Nota: los factores de compresibilidad son unitarios para estas condiciones.
1. Calculamos el flujo de aire a la entrada. Q = 90 000/60 = 1 500 ft3/s 2. Calculamos la carga con la ecuación:
SELECCIÓN DE COMPRESORES CENTRIFUGOS • Para flujos de 3000-150000 PCMS • Cargas adiabáticas hasta de 12000 (ft-lb)/lb
SELECCIÓN DE COMPRESORES CENTRIFUGOS • Produciría hasta 20000 (ft-lb)/lb de carga
COMPRESORES CENTRIFUGOS MÚLTIPLES • Cuando la carga requerida es muy grande para un solo impulsor la solución lógica son dos o mas impulsores en serie. • Tener en cuenta Temperaturas durante la compresión. T>350°F, se debe incluir sistemas para enfriar el gas.
CONTROL DE COMPRESORES CENTRIFUGOS • En los compresores y sopladores(ventiladores) centrífugos se aplican las “leyes de los ventiladores ” o “leyes de afinidad” referentes a la variación en la capacidad y la carga, como función de la velocidad. en donde N es la velocidad, Q es la capacidad en la entrada y H es la carga.
… • Para unidades motrices de velocidad constante, como los motores eléctricos, el compresor se debe controlar en una de tres formas: • Aspas de guía de admisión . • Estrangulación de la presión de succión. • Estrangulación de la presión de descarga.
Aspas o paletas de guía de admisión Son aspas fijas de ajuste manual o automático en la entrada a la primera etapa que hacen que cambie el ángulo de aproximación del gas con relación al impulsor giratorio. Aunque las aspas son las mas eficientes, son costosas, complejas en algunos tipos de maquinas y un componente adicional que requiere mantenimiento y ajuste.
2. Estrangulación por succión Produce una presión de succión ligeramente mas baja que la del diseño y produce una carga total mas eleva si la presión de la descarga permanece constante; cuando se estrangula la succión, se reduce la densidad del gas y se tiene correspondencia entre el flujo de peso requerido con la capacidad de volumen. 3. Estrangulación de la descarga Con un flujo reducido, el compresor produce carga (y presión) mayores que las que necesita el proceso; éstas se estrangulan antes de que lleguen al equipo.
CONTROL DE OSCILACIONES COMPRESORES CENTRIFUGOS Todos los compresores dinámicos tienen un intervalo limitado de capacidad, a velocidad fija, para una selección dada de impulsores. Por debajo del valor mínimo suele ser de 50 a 70 % del nominal. El compresor tendrá oscilaciones; es decir INESTABILIDAD de funcionamiento.
COMPRESORES DE FLUJO AXIAL • El flujo de gas es paralelo al eje o árbol del compresor y no cambia de sentido; el empleo de axiales es para flujos mas grandes que los centrífugos y su carga por etapa es menos que la mitad que estos. • Están disponibles desde unos 20000PCMS hasta mas de 400000PCMS y producen presiones hasta 65 psig en un compresor industrial típico de 12 etapas. Y un poco mas de 100 psig que se emplean en turbina de gas y motores de reacción (jet) para aviones.
COMPRESORES RECIPROCANTES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO • Abarcan desde una capacidad muy pequeña hasta unos 3000 PCMS. • El numero de etapas o cilindros se deben seleccionar con relación a las temperaturas de descarga, tamaño disponible para los cilindros y carga en el cuerpo o biela del compresor.
Selección de compresores reciprocantes • Un método rápido y exactitud razonable para determinar el caballaje requerido para cada etapa de un compresor reciprocante, es el empleo de la grafica “caballaje por millón ”.
Para obtener resultados mas exactos con gases mas ligeros o pesados que el aire, se debe aplicar el factor de corrección.
… La relación básica es: En donde (HP)et : potencia por etapa, hp (BHP)/(MMPCDE): Potencia requerida para una relación de compresión (MMPCDE): Capacidad requerida. Fge : factor de gravedad especifica del gas. Zs - Zd : factores de comprensibilidad del gas en condiciones de succion y descarga.
Dimensionamiento de los cilindros • En donde Eu es la eficiencia volumétrica, Q es la capacidad en condiciones de succión, en ICFM, Cdtf es el desplazamiento del cilindro, ft3/min. En donde L es la carrera del pistón, in, A, es el área de la cabeza del pistón, in2, Acc es el área en el lado del cigüeñal del pistón y N es rpm. Téngase en cuenta que el área en el lado del cigüeñal es el área de la cabeza menos el de la biela.
Se utilizan muchas fórmulas para la eficiencia volumétrica. En donde Cc es el espacio libre en el cilindro, rc es la relación de compresión, k es la razón de los calores específicos ,zs y zd son los factores de compresibilidad del gas en las condiciones de succión y de descarga.
Carga en el cuerpo o carga en la biela • El cuerpo de cualquier compresor tiene un límite para las fuerzas que se pueden aplicar durante la comprensión. En la forma mas sencilla esta carga se puede calcular cuando se conocen el diámetro del cilindro y las presiones que actúan sobre el pistón . Esto, a veces se llama “carga del gas sobre la biela”
En un cilindro de doble acción, cuando el pistón se mueve hacia dentro en dirección del cigüeñal la carga del cuerpo Fcse calcula con: Y dicha carga, en tensión, Ft, cuando el pistón se aleja del cigüeñal es: El cuerpo de todo compresor tiene valores máximos para su carga, que no deben sobrepasar su funcionamiento normal. Valores calculados que no excedan 60% a 75% de la resistencia máxima calculada del cuerpo.
Se deben especificar los límites de velocidad de rotación N y la velocidad promedio del pistón, Up, para no seleccionar un compresor que funcione a mucha velocidad, tenga desgaste excesivo y requiera mucho mantenimiento.
Ejemplo 2 • Se hará la selección preliminar de un compresor reciprocante de etapas múltiples, típico, para manejar 413 MMPCDE de una mezcla de hidrógeno y gas hidrocarburo con peso molecular de 2.925. En la tabla VI se presentan los datos pertinentes y los cálculos necesarios.
COMPRESORES ROTATORIOS Los sopladores, bombas de vacío y compresores rotatorios son todos de desplazamiento positivo, en los cuales un elemento rotatorio se desplaza en volumen fijo con cada revolución. Se pueden agrupar en 4 tipos básicos: • Soplador de lóbulos: van desde los mas pequeños para compresores producidos en serie. Se usan principalmente como sopladores de baja presión, que comprime aire o gases desde la presión atmosférica hasta 5 – 7 psig y algunos hasta 25 psig
Aspas o paletas deslizables: tiene un rotor con ranuras, dentro de las cuales se deslizan las aspas hacia dentro y fuera de cada revolución. Las aspas atrapan el aire o gas y en forma gradual reducen su volumen y aumenta su presión, hasta que escapa por orificios de la carcasa.
Espiral rotatorio: se utiliza para altas presiones y viene en tamaños grandes. Están disponibles en estructuras enfriadas por aceites y secas. • Bomba de anillo de liquido, que es rotatorio. Un rotor con aspas gira una cubierta circular u ovalada, dentro de la cual siempre hay agua u otro liquido sellador.
