Pdvsa - Manual de Procesos (Compresores)

PDVSA N TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

COMPRESORES

PDVSA, 1983

MDP02K01 INTRODUCCION

APROBADA

MAY.96 MAY.96

MAY.960 2 F.R.

MANUAL DE DISEO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

REVISION FECHAMANUAL DE DISEO DE PROCESO

COMPRESORESINTRODUCCION MAY.960

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.Men Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

1 OBJETIVOEl objetivo de la introduccin es presentar la forma como est estructurado elvolumen Compresores para facilitar las labores del ingeniero de proceso en lalocalizacin de la informacin requerida en el rea de compresores.

2 ALCANCECubre los captulos involucrados con Compresores, los cuales son PrincipiosBsicos, Seleccin del Tipo de Compresor, Clculos en Sistemas de Compresiny Ventiladores.Se excluye aspectos tericos relacionados con durabilidad de mquinascompresoras y uso de auxiliares, compresores centrfugos, compresores axiales,compresores reciprocantes, compresores rotatorios, eyectores, seleccin deelementos motrices, motores elctricos, turbinas a vapor y expansores de gas,motores reciprocantes y turbinas a gas, sistemas de tuberas de la unidad delcompresor y equipos del tren de proceso y sistemas auxiliares del compresor einstalaciones requeridas, los cuales pueden ser revisados en las subsecciones C,E, F, H, I, K, L, M, N, O y P de las Prcticas de Diseo, versin 1986.

2.1 Principios BsicosEste captulo est identificado como PDVSAMDP02K02 y describe losconceptos involucrados en el reas de compresores, las consideraciones bsicaspara el diseo de los mismos y una gua para la elaboracin de las hojas deespecificaciones de proceso de compresores.

2.2 Seleccin del Tipo de CompresoresEste captulo est identificado como PDVSAMDP02K03 y presentainformacin sobre los diferentes tipos de Compresores disponiblescomercialmente y las bases para la seleccin del tipo de compresor.Para detalles adicionales de un tipo de compresores en especfico, se recomiendasu consulta en las respectivas subsecciones de las Prcticas de Diseo, versin1986.

2.3 Clculos en Sistemas de CompresinEste captulo est identificado como PDVSAMDP02K04 y presenta losprocedimientos de clculos tpicos en los sistemas de compresin.

2.4 VentiladoresEste captulo est identificado como PDVSAMDP02K05 y describe losconceptos involucrados en el rea de ventiladores, las consideraciones bsicasy los procedimientos para el diseo de los mismos.


COMPRESORESINTRODUCCION MAY.960

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3 REFERENCIASLas referencias se indican en cada uno de los captulos tratados.

4 DEFINICIONESLas definiciones se presentan en el captulo PDVSAMDP02K02 PRINCIPIOS BASICOS.

5 CONSIDERACIONES DE DISEOLas consideraciones de diseo sern tratadas en cada uno de los captulos queforman parte del volumen de Compresores.

6 NOMENCLATURANo aplica en esta seccin.

7 APENDICENo aplica en esta seccin.

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PDVSA, 1983

MDP02K02 PRINCIPIOS BASICOS

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MANUAL DE DISEO DE PROCESO

ESPECIALISTAS


COMPRESORESPRINCIPIOS BASICOS MAY.960

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Indice1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 CONSIDERACIONES DE DISEO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1 Definiciones Generales 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Generalidades 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Factores Sensitivos en Costos de Inversin 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Velocidad de Flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Propiedades de los Fluidos 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Efecto del Reciclo 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7 Determinacin del Tamao de Tuberas 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8 Presin de Entrada 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.9 Presin de Descarga 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.10 Presin de Ajuste 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.11 Temperatura de Entrada 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.12 Temperatura de Descarga 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.13 Etapas del Proceso 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.14 Control 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.15 Cabezal 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.16 Condiciones Extremas de Operacin 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.17 Consideraciones para el Arranque 21. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.18 Flexibilidad para Expansin 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.19 Requerimientos de Potencia 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.20 Condiciones Ambientales 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.21 Lquido en Corrientes Gaseosas 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.22 Materiales para Maquinarias 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.23 Caractersticas de los Servicios de Compresi

que Afectan los Sellos del Eje 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.24 Diseo para Mnimo Mantenimiento 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.25 Exactitud de la Informacin de Ingeniera Suministrada

por el Suplidor 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.26 Presin y Temperatura de Diseo 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.27 Especificaciones del Compresor 35. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.28 Requerimientos de Servicios del Compresor 35. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 NOMENCLATURA 57. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



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1 OBJETIVOEl objetivo de este captulo es presentar los fundamentos tericos que permitanuna ptima comprensin de la terminologa usada en el rea de compresores.

2 ALCANCEEn este captulo se muestran las definiciones bsicas y consideracionesrelevantes para lograr el diseo ptimo de servicios de compresin. Lanomenclatura y definiciones aqu presentados son aquellas usadasconvencionalmente en el campo de la ingeniera de servicios de compresin.Adems, se especifica la informacin que debe ser suministrada por el diseadory la suministrada por el suplidor del compresor.

3 REFERENCIASPrcticas de Diseo (Versin 1986).Vol. VI, Seccin 11 CompresoresVol. VII, Seccin 12 InstrumentacinVol. VII, Seccin 15 Seguridad en Diseo de PlantaManual de Ingeniera de DiseoVol.9 Intrumentacin, Especificacin de Ingeniera PDVSAK339.

Instrumentacin de equipos Rotatorios.

Vol.14 Equipos Rotativos, Especificacin de IngenieraPDVSAGB201R. Compresores Centrfugos. (1993)

Vol.14 Equipos Rotativos, Especificacin de IngenieraPDVSAGB203. Compresores de Desplazamiento Positivopara Aire de Servicios e Instrumentos. (1993)

Vol.14 Equipos Rotativos, Especificacin de IngenieraPDVSAGB202PR. Compresores Reciprocantes. (1993)

Vol.14 Equipos Rotativos, Especificacin de IngenieraPDVSAGB204R. Compresores Rotatorios. (1993)

Vol.22 Seguridad en el Diseo, Gua de Ingeniera PDVSA90622.1.001.Guas de Seguridad en Diseo.

Manual de Calidad de Servicios Tcnologicos Vol. VII

Normas Nacionales e InternacionalesAPI Standard 617, Centrifugal Compressors for General Refinery Services.(Feb.1995)



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API Standard 618, Reciprocanting Compresors for General Refinery Services.(Feb.1995)Otras ReferenciasBaumeister, T., ed. Marks Mechanical Engineerss Handbook, 9th ed,McGrawHill Book Company, 1987.Gibbs, C. W., Compressed Air and Gas Data, IngersollRand Co., 1971.Ludwig, E. E., Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants,Volume III, Gulf Publishing Co., 1983.Perry, Robert H., et al., Chemical Engineers Handbook, 5th ed, McGrawHill BookCompany, 1986.Edmister, W. C., Applied Hydrocarbon Thermodynamics, Gulf Publishing Co.,Vol. I 1984.Engineering Data Book, Natural Gas Processors Suppliers Association, Tulsa,Oklahoma, 1966. 9th ed. 1972, with 1974 and 1976 Revisions.

4 CONSIDERACIONES DE DISEO4.1 Definiciones Generales

Capacidad de un Compresor Es la cantidad de gas liberado cuando opera apresiones de entrada y salida especificadas. La capacidad es medida en volumena las condiciones de presin, temperatura, composicin del gas y contenido dehumedad a la entrada del compresor.Temperatura Crtica Es la mayor temperatura a la cual un gas puede ser licuado.Presin Crtica Es la presin de saturacin a la temperatura crtica.Proceso Adiabtico Proceso durante el cual no hay calor adicionado oremovido del sistema.Proceso Isentrpico Proceso donde la entropa se mantiene constante.Proceso Isotrmico Proceso en el cual no hay cambio en la tempertura.Proceso Politrpico Proceso en el cual hay cambios en las caractersticas delgas durante la compresin.Mol es el peso de un gas numricamente igual al peso molecular o al pseudopeso molecular de una mezcla de gas. Un kilogramo mol (lb mol) es el peso enkilogramos (lb) igual al peso molecular del gas. A las mismas condiciones depresin y temperatura, el volumen de un mol es el mismo para todos los gasesperfectos.Potencia al Freno es el requerimiento total de potencia incluyendo potencia delgas y todas las prdidas por friccin mecnicas y transmisin de potencia.



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Espacio Muerto (tolerancia) en un cilindro reciprocante es el volumenremanente al final del cilindro el cual no es recorrido por movimientos del pistn.Incluye el espacio entre el pistn y la cabeza al final de la carrera de compresin;espacio bajo las vlvulas, etc. y es expresado como un porcentaje deldesplazamiento del pistn en un recorrido. El espacio muerto puede ser diferente,para los dos extremos de un cilindro de doble actuacin, en el cual se usa un valorpromedio para describir el compartimiento total del cilindro.Factor de Compresibilidad es la relacin del volumen actual de un gas alvolumen de un gas perfecto a las mismas condiciones.Eficiencia de Compresin es la relacin del requerimiento de trabajo terico(usando un proceso establecido) y el trabajo actual requerido a ser hecho sobreel gas a comprimir. Tomando en cuenta prdidas por fugas internas y friccin delfluido as como variaciones del proceso termodinmico terico.Relacin de Compresin se refiere a la relacin de los volmenes dentro deun cilindro de motor reciprocante al comienzo y al final del recorrido decompresin. El valor nominal es igual al desplazamiento ms el volumen deespacio muerto dividido entre el volumen de espacio muerto, pero el valor efectivoes algo menor, debido a la regulacin de vlvulas o de lumbrera.Punto de Roco de un gas es la temperatura a la cual el vapor, a una presindada, comenzar a condensarse. El punto de roco de una mezcla gaseosa es latemperatura a la cual el constituyente con el punto de ebullicin ms altocomenzar a condensarse.Potencia de Gas es el requerimiento actual de potencia para compresin acondiciones particulares, incluyendo todas las prdidas termodinmicas, porfugas y por friccin del fluido, pero excluyendo las prdidas por friccin mecnica.Relacin de Presin es la relacin de la presin de descarga absoluta sobrela presin de entrada absoluta en cualquier ciclo de compresin.Eficiencia Volumtrica es la relacin, en porcentaje, del volumen (medido a lascondiciones de entrada) entregado, sobre el desplazamiento del pistn de uncompresor reciprocante.

Compresores CentrfugosOleaje Se refiere a la cclica e inestable operacin de un compresor dinmicoa bajo flujo.Punto Normal de Operacin Este es el punto de operacin usual y en el cualse obtiene la ptima eficiencia deseada. El funcionamiento del compresor debergarantizar el punto normal de operacin, a menos que no sea especificado. VerAPI Standard 617 para ms detalles de garanta. Normalmente especificado porel diseador del servicio.



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Punto Nominal de Compresor es determinado como se indica:1. La velocidad ms alta necesaria para cumplir cualquier requerimiento de

operacin especificada.2. La capacidad nominal requerida por el diseo del compresor para alcanzar

todos los puntos de operacin. Este punto ser seleccionado por el suplidorpara abarcar mejor las condiciones de operacin especificadas dentro delalcance de la curva de funcionamiento esperada (API Standard 617).Normalmente especificado por el diseador del servicio.

Velocidad Normal es la velocidad correspondiente a los requerimientos delpunto normal de operacin (API Standard 617). Normalmente especificado por eldiseador del servicio.100% de Velocidad es la velocidad correspondiente a los requerimientos delpunto nominal del compresor. Esta puede ser mayor o igual que la velocidadnormal. El 100% de la velocidad del motor o equipo motriz del compresor deberser igual a la relacin de engranajes (si hay alguna) a la velocidad de plena cargadel motor suministrado. Normalmente especificado por el diseador del servicio.Velocidad Mxima Continua es el lmite superior de la velocidad de operacindel compresor. Para compresores de velocidad variable, esta deber ser 105% dela velocidad del punto nominal del compresor, a menos que otra cosa seaespecificada. Normalmente especificado por el diseador del servicio.Estabilidad y Relacin de Reduccin de Capacidad (Turndown) Estetrmino significa la reduccin del flujo msico con respecto al flujo normal, el cualse encuentra entre ste y el flujo de oleaje. La relacin de reduccin de capacidadcon respecto al flujo normal est definida como el porcentaje de cambio decapacidad entre el punto normal y el punto de oleaje a determinada altura,operando a la temperatura de diseo y composicin de gas. Esto equivale a 100%menos de la relacin de porcentaje del punto de oleaje de flujo de masa normal.API Standard 617 define la relacin de reduccin de capacidad en trminos decapacidad especifica y altura, en lugar de capacidad normal. Para mayorinformacin consultar Prcticas de Diseo (versin 1986), Vol.VII Sec. 11ECompresores Contrfugos. Normalmente especificado por el diseador delservicio.

Compresores ReciprocantesPresin de Descarga Nominal Es la mxima presin requerida de acuerdo conlas condiciones especificadas por el comprador para un uso determinado (APIStandard 618).Temperatura de Descarga Nominal es la temperatura ms alta de operacinpredecible, resultante de las condiciones especficas de servicio. (API Standard618). Normalmente especificado por el diseador del servicio.



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Mxima Velocidad Permisible y Mxima Velocidad Continua ambos serefieren a la velocidad de rotacin ms alta a la cual el diseo del fabricantepermitir la operacin continua. (API Standard 618). Normalmente especificadopor el diseador del servicio.Velocidad Nominal es la velocidad ms alta de operacin necesaria paracumplir con las condiciones especficas de servicio. (API Standard 618).Normalmente especificado por el diseador del servicio.Potencia Nominal de un compresor, es la potencia mxima garantizadarequerida por el compresor para cualquiera de las condiciones de operacinespecificadas. Las prdidas del motor deben establecerse por separado. (APIStandard 618). Normalmente especificado por el diseador del servicio.

4.2 GeneralidadesLa ingeniera juega un papel muy importante en el diseo de servicios decompresin, sobre todo cuando se utilizan nuevas unidades compresoras; de ellodepende el xito en la operabilidad, ejecucin y confiabilidad de las mismas, demanera de garantizar una operacin rentable y econmica.Los costos de inversin de los equipos de proceso y equipos auxiliares sonelevados y representan una porcin significativa del costo total de la planta. Loscostos de instalacin y servicios auxiliares son por lo general ms elevados quelos mismos precios del equipo.

4.3 Factores Sensitivos en Costos de InversinLos siguientes factores en el diseo de los servicios de compresin tienen la mayorinfluencia sobre el costo del compresor, su accionador e instalacin, y por lo tantorequieren de una atencin especial durante el diseo del servicio:

Nmero de unidades compresoras instaladas en paralelo. Tipo de Compresor. Diseo de etapas (Nmero de etapas de proceso de compresin). Tipo de accionador. Velocidad de Flujo. Requerimientos de cabezal. Requerimientos de Potencia. Nmero requeridos de sistemas separados auxiliares de aceite. Tipo de Control.

4.4 Velocidad de FlujoLas velocidades de flujo del compresor debern ser especificadas en unidades de:



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Libras por hora, Moles Totales por hora y Caudal actual, m3/s (Pie3/min), calculado a las condiciones de

entrada.Las velocidades de flujo y sus condiciones de presin asociadas debern serreportadas para todos los puntos operacionales de inters: normal, alterno,arranque, futuro, inicial de operacin, final de operacin, y operacin de la plantaa baja capacidad. Luego el suplidor del compresor, seleccionar un puntonormal para el diseo de su mecanismo, de tal forma que abarque todos lospuntos de operacin especificados.Los suplidores normalmente acordarn garantizar slo una condicin deoperacin. A menos que se especifique lo contrario, el punto normal de operacines diseado como el punto de garanta estipulado por la norma API 617.Si el desempeo en cualquier otro punto especificado es especialmente crtico,esto debe ser indicado en las especificacin del diseo, para una revisindetallada con el suplidor seleccionado.Cuando se emplea reciclo continuo en el control de pequeos compresores, debeaadirse un incremento de flujo de un 10% aproximadamente al requerimientoneto de flujo, a fin de permitir que el sistema de control est controlando bajocualquier circunstancia de operacin.Cuando se especifican compresores mltiples, la especificacin de diseo deberestablecer la relacin de capacidad de cada compresor a la velocidad de flujo totaldel servicio.

4.5 Propiedades de los FluidosLas Propiedades de los fluidos se muestran en el Captulo Clculos en Sistemasde Compresin PDVSAMDP02K04.

Propiedades de los Fluidos que Influyen en el Diseo de Servicio deCompresoresComposicin de la Mezcla de Gas La especificacin del diseo tiene queincluir una anlisis completo del gas a ser comprimido para cada condicin deoperacin especificada, identificando cada constituyente por su nombre y suvelocidad de flujo individual, en moles por hora. Esta forma es la ms convenientepara clculos posteriores. Si la mezcla gaseosa contiene algunos constituyentespoco usuales, para los cuales no existe disponibilidad de datos acerca de algunasde sus propiedades, la Especificacin del Diseo deber incluir datos sobre pesomolecular, relacin de calor especfico y la compresibilidad a las condiciones deentrada y descarga.



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Humedad del Aire Atmosfrico Servicios de aire con entrada atmosfricadebern ser especificados para 100% de humedad. El contenido de agua debe seradicionado al requerimiento de aire seco neto del proceso. Observe que el airesaturado a 32C (90F) contiene cerca de 3% de vapor de agua en peso, lo cuales demasiado para ser despreciado.Temperatura Crtica, Presin Crtica La temperatura y la presin crtica de losconstituyentes en una mezcla gaseosa son significativos cuando se realizanclculos manuales, ya que la mayora de los datos de las propiedades de los gasesson graficados o tabulados en trminos de temperatura y presin reducida:

Tr TTc Ec. (1)

Pr PPc Ec. (2)Estos datos no necesitan ser dados en las Especificaciones de Diseo, ya queellos estn ampliamente disponibles en la literatura de referencia en la Industria.Para clculos de servicios de compresin, al usar los valores crticos actuales delos Fluidos Cunticos, Hidrgeno y Helio, para calcular las propiedades de lasmezclas da lugar a errores, los cuales son minimizados al sustituirlo por valoresefectivos o valores pseudocrticos. Estos valores son:

Tc Actual Pc Actual Tc Efectiva Pc EfectivaHidrgeno 33K (60R) 1317KPa (191Psia) 46k (83R) 2255 KPa (327Psia)Helio 5.5K (10R) 228KPa (33Psia) 13K (24R) 1040 KPa (151Psia)

Proximidad al Punto Crtico Debe tenerse especial cuidado, para prevenir unatrayectoria de compresin que se aproxime mucho a los valores de presin ytemperatura crtica del gas. A medida que las condiciones se acercan al puntocrtico, la exactitud del valor del factor de compresibilidad y la relacin de calorespecfico se vuelven desconfiables. Por otra parte, un leve enfriamiento puedeoriginar condensacin dentro del compresor, lo cual a su vez ocasiona erosin,corrosin y un rpido desgaste. La trayectoria de compresin puede mantenerseseparada del punto crtico, seleccionando cuidadosamente los niveles de presinde interetapas y controlando la temperatura del agua de enfriamiento delcompresor. El ejemplo ms comn de este problema en los servicios a plantas deproceso es el de la comprensin del Dixido de Carbono a presiones por encimade la presin crtica, para la alimentacin de plantas de urea.Peso Molecular, Constante de los Gases El peso molecular, M, de un gas puroy el peso molecular promedio de una mezcla de gases afectan la conversin dela relacin de presin al requerimiento de cabezal y la conversin flujo msico a



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flujo volumtrico, y en consecuencia, son de gran importancia en el diseo deservicios de compresin. El peso molecular est relacionado con la constante delgas, R, por la constante universal de los gases, R:

R RM Ec. (3)En unidades

mtricasEn unidades

inglesasR = Constante universal de los gases 8314.34 N m/ K kmol 1545.3 Pie lb/ R lbmol

8314.34 J/ K Kmol 1.9875 BTU/lbmol R

La especificacin del diseo deber establecer el peso molecular promedio paracada mezcla gaseosa diferente a ser manejada por el compresor. Si el pesomolecular promedio de una mezcla gaseosa (diferente al aire) se espera que varecon respecto a las composiciones especificadas, ya sea debido a cambio en laalimentacin o en el mismo proceso, entonces debe especificarse el mximorango de variacin en el peso molecular. El peso molecular promedio se obtieneal dividir el total de libras por hora entre el total de moles por hora.Calor Especfico, Relacin de Calor Especfico Los trminos de calorespecfico utilizados para computar exponentes de compresin y temperatura soncomo sigue:1. La relacin de calor especfico Cp/Cv = K se usa, cuando se aplica la teora

de compresin isentrpica (adiabtica) . Por ejemplo:

T2 T1 P2P1k1k

(enfriado)Ec. (4)

2. La capacidad calrica del gas ideal a presin constante, Cp, y el efectoisotrmico de presin sobre la capacidad calrica a presin constante, Cp,son usadas por el mtodo Edmister para evaluar el exponente de aumentode temperatura, m. Estos trminos estn relacionados como sigue:

Cp Cp Cp Ec. (5)Para gases ideales a baja presin y altas temperaturas (absolutas), Cp seaproxima a cero y la diferencia de capacidad calrica Cp Cv se aproxima a R.La especificacin de diseo deber dar el valor de la relacin de calor especficopromedio, K, para la mezcla a las condiciones de entrada y descarga (usando unatemperatura de descarga estimada).Compresibilidad La compresibilidad de un gas, Z, refleja la desviacin de lascaractersticas de este con respecto a la del gas ideal, y es definida por:



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Z PVRT MPVRT Ec. (6)

Por lo tanto, el volumen especfico, V, de un gas real, no ideal, es calculado por:

V Z R TMP Ec. (7)donde:

En unidadesmtricas

En unidadesinglesas

V = Volumen especfico m3/kg pie3/lbR = Constante universal de

los gases8314.34J/KKmol 1545.3 pie lb/lbmol R

T = Temperatura K RP = Presin, abs kPa lb/pie2M = Peso molecular kg/kmol lb/lbmol

Entonces el flujo volumtrico actual, Q, es calculado por:Q = F1.W.V Ec. (8)

donde:En unidades

mtricasEn unidades

inglesasQ = Flujo volumtrico, real m3/s pie3/minW = Flujo msico kg/s lb/hV = Volumen especfico m3/kg pie3/lbF1 = Factor cuyo valor

depende de las unidadesusadas

1 1/60

Fo = Factor cuyo valordepende de las unidadesusadas

9.806 1

La compresibilidad tambin afecta los requerimientos de cabezal para un aumentodado de presin, ya que:

HPoli gcg Z R T1M nn1

P2P1

n1n

1

1Fo

Ec. (9)



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El desarrollo de la ecuacin anterior muestra que el cabezal es teoricamentedependiente del valor de compresibilidad, Z, a las condiciones de entrada,independientemente de la magnitud de la relacin de presin o de las propiedadesdel gas a las condiciones de descarga. An siendo esto teoricamente correcto, enla prctica se ha conseguido que el uso de un promedio del factor decompresibilidad a la entrada y a la descarga es ms confiable para propsitos dediseo de ingeniera, que usar slo el valor de la entrada. La especificacin deldiseo deber incluir el factor de compresiblidad, Z, para la mezcla a lascondiciones tanto de la entrada como de la descarga (a una temperatura dedescarga estimada).Contenido de Lquido La presencia de liquidos en la corriente gaseosa,usualmente es daina a los compresores y deber evitarse diseando un sistemade entrada apropiado. Cuando el gas llega al compresor a condiciones desaturacin, la especificacin deber indicarlo as, ya que esto algunas vecesinfluye en la seleccin de los materiales, diseo del cilindro de enfriamiento yseleccin del cilindro de lubricacin.Contenido de Slidos Partculas slidas grandes en la corriente gaseosapueden causar daos mayores en compresores de cualquier tipo. Partculasslidas pequeas, tales como desecho de soldadura, productos de corrosin,arena, etc, pueden daar las vlvulas y partes del revestimiento de loscompresores reciprocantes, mientras que normalmente pasarn a travs decompresores centrfugos y rotativos sin causar daos mayores, a menos queestn presentes grandes cantidades o en forma continua. Cuando se prevea quealgunos slidos lleguen a un compresor bajo ciertas condiciones de operacin(tales como polvo de catalizador, partculas de hierro, etc), stas tienen que sercompletamente descritas en la especificacin del diseo. Algunos tipos decompresores rotativos tienen mayor tolerancia que otros tipos de compresores,pero ellos tambin pueden ser daados fcilmente por excesivos slidos.Corrosin Los constituyentes corrosivos en el gas deben ser identificadosincluso para condiciones de operacin transitorias. La sustancia corrosiva mscomn e importante en corrientes de refinera es el sulfuro de hidrgeno, aunqueel cloruro de amonio, dixido de sulfuro, amoniaco, cloruro de hidrgeno, dixidode carbono y agua pueden llegar a ser significativos tanto en corrientes gaseosascomo en servicios de aire. El sulfuro de hidrgeno hmedo es un problema serio,especificamente en compresores centrfugos, ya que ste puede causaragrietamiento corrosivo por tensin de componentes de acero altamentetemplado y endurecido. Inclusive trazas de sustancias corrosivas deberan serespecificadas en mg/kg (ppm), considerando tanto condiciones de procesonormales, as como las excepcionales.Tendencia al Ensuciamiento El ensuciamiento de las partes internas de uncompresor ocurre como resultado del arrastre de slidos finos y la polimerizacin



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de monmeros insaturados. La prediccin de la tendencia al ensuciamiento estbasada principalmente en resultados de plantas pilotos y a la experiencia enprocesos comerciales anteriores. Las partculas slidas encontradas con mayorfrecuencia en operacin normal, despus de remover el polvo inicial y escombrosson, carbn, partculas de catalizador, partculas de desecantes, y productos decorrosin tales como xido de hierro, cloruro de hierro, cloruro de amonio y sulfurode hierro. Otros caso son los de partculas de carbn en procesos de conversinde carbn y partculas de hierro en las plantas reductoras del hierro. Loshidrocarburos ms susceptibles a polimerizacin son acetileno, diolefinas talescomo butadieno, y olefinas mayores tales como propileno y ms pesadas. Losservicios comunes sujetos a mayor ensuciamiento son: vapores de gas de losprocesos de reformacin, gas de tope de la unidad de coquificacin, y gas de topedel fraccionador de la planta de reformacin y craqueo cataltico.La temperatura a la cual comienza el ensuciamiento por polimerizacin gaseosanormalmente est considerada en el rango entre, 100 a 120C (210 a 250F),incrementandose al doble para cada incremento de 11C (20F) por encima de los120C (250F). Las etapas y los interenfriamientos son diseadasconvencionalmente para mantener todas las temperaturas de descarga pordebajo de 120C (250F) en servicios donde potencialmente el ensuciamiento porpolimeros tenga lugar.La especificacin de diseo deber describir la tendencia de ensuciamiento delgas e indicar si deben ser incluidas y especificadas instalaciones para lavado.

4.6 Efecto del RecicloSi se elimina el condensado (luego de un enfriamiento ) de la corriente de recicloalrededor de un compresor que maneje una mezcla gaseosa, el peso moleculary otras propiedades del gas de reciclo cambian con respecto a las de laalimentacin fresca. Por lo tanto, la mezcla del gas de reciclo y gas fresco quemaneja el compresor mientras est en operacin de reciclo es diferente a la de lacorriente principal del proceso, y esta diferencia puede afectar significativamentela actuacin de compresores centrfugos y axiales, debido a su limitada capacidadde cabezal. Esto es especialmente crtico en el caso del reciclo rico en hidrgenoen reformacin, servicios de compresin de gases en plantas de productoslivianos, ya que el peso molecular de la mezcla puede ser reducidosignificativamente por el efecto de remover el condensado.El cambio de peso molecular bajo condiciones de reciclo es especialmentesignificativo cuando estan involucradas dos o ms etapas del proceso decompresin ya que involucra etapas de enfriamiento y separacin de condensado.Se ha convenido para disear sistemas de reciclo, devolver la corriente dedescarga sin enfriar, aguas arriba, a la entrada del sistema desde un enfriador (ocondensador), evitando de esta manera la remocin de lquido lo cual cambiara



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las propiedades de la mezcla gaseosa. Si se usa algn otro diseo de circuito dereciclo, deber tomarse la previsin de recircular tanto el condesado como el vaporde la descargas al tambor separador de la entrada, para as minimizar el cambiode las propiedades del gas. La alternativa de disear el compresor y el elementomotriz o conductor para un punto de operacin alterno con peso molecularreducido es costoso y es recomendado solamente si otras alternativas resultanimprcticas.El sistema de reciclo normalmente deber disearse para minimizar el efecto decambio en las propiedades del gas para una velocidad de reciclo correspondientea una perdida de alimentacin a la planta, la cual requiere una velocidad de flujode reciclo cerca del 70% del flujo del diseo normal del compresor.En el caso de compresin de etapas mltiples, se deber considerar el hacer usode reciclo intermedios alrededor de cada etapa, para reducir el impacto del cambiodel peso molecular. Los compresores de desplazamiento positivo son muchomenos sensibles a cambios de propiedades del gas que los compresoresdinmicos, y en consecuencia no requieren de diseo de sistemas especiales parala operacin de reciclo.Nota:Para todos los sistemas de reciclo, el controlador de la vlvula de reciclo tiene queser diseado para operar con cambios en las propiedades de la mezcla gaseosa.

4.7 Determinacin del Tamao de TuberasEl diseo bsico de sistemas de tubera asociados con los compresores y sussistemas impulsores se muestran en las especificaciones de ingenieraPDVSAMIDGB203 Compresores de desplazamiento positivo para aire deservicio e instrumentos, GB202PR Compresores reciprocantes. Paramayor informacin consultar las Prcticas de Diseo (versin 1986), Vol.VII Sec.11 O, Sitemas de tuberas de la unidad del compresor y equipo de tren deproceso.

4.8 Presin de EntradaLa presin de entrada debe especificarse como el valor ms bajo para el cual seespera que el compresor trabaje de acuerdo al diseo. Cualquier variacin en lapresin de entrada que pueda ocurrir durante la operacin normal tiene que serespecificada.Los compresores de aire debern tener una tolerancia de 2 kPa (0.3 psi) para lacaida de presin a travs de la cubierta de entrada, cedazo, filtros y tuberas. Lapresin de entrada en los sistemas de procesos se controlan frecuentementemodulando el flujo del compresor. El mtodo de control deber ser identificado enla Especificacin del Diseo de la seccin de diseo del servicio de compresin.



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La presin de entrada especificada es la presin inmediatamente aguas arriba dela brida, a la entrada del compresor. Cuando se emplea estrangulamiento a laentrada (para el control de una velocidad constante) la presin que debe serreportada para el diseo del compresor es aquella del lado del compresor en lavlvula de estrangulamiento, con la vlvula en su posicin controladora develocidad de flujo normal (en consecuencia, con alguna cada de presin a travsde la vlvula).El termino entrada es preferido sobre su sinnimo Succin para el uso generalde diseo de servicios de compresores.

4.9 Presin de DescargaNormal La presin de descarga especificada es aquella requerida en la brida dedescarga del compresor a la salida del eliminador de pulsaciones a la descarga;o sea, aquella requerida a la presin del recipiente aguas abajo ms las cadas depresin permisibles por tuberas, intercambiadores, enfriadores, separadores deaceite, etc. El suplidor del compresor establece las prdidas permisibles a travsde la entrada y descarga del eliminador de pulsaciones de compresoresreciprocantes (cerca del 1% del nivel de presin absoluta en cada lado). El mtodopara controlar la presin de descarga deber establecerse en la Especificacin deDiseo de la seccin de diseo del servicio de compresin.Mxima La presin de descarga mxima que un compresor de desplazamientopositivo es capaz de producir est limitada normalmente por la graduacin de lavlvula de seguridad a la descarga. La presin de descarga mxima que uncompresor dinmico puede producir est limitada por su capacidad de cabezalmximo, con una presin de entrada mxima. El cabezal mximo es estimado dela siguiente manera:1. Calcule el requerimiento de cabezal al punto de operacin normal.2. Aada el aumento en cabezal, estimado para entrar en oleaje, por el

aumento en la relacin de presin seleccionada para la Especificacin deDiseo.

3. Para mquinas de velocidad variable, multiplique el cabezal por 110%,cuando el compresor entre en oleaje, debido a la flexibilidad para operar avelocidad mxima, o sea, 105% de la velocidad normal.

La presin mxima se clcula resolviendo la ecuacin de cabezal para P2:

HPoli gcg Z R T1M nn1P2P1

n1n

11Fo Ec. (9)

Usando el peso molecular mximo, M, P1 mxima y T1 mnima.



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4.10 Presin de AjusteLa presin de ajuste es el mximo nivel de presin que puede ser alcanzado dentrodel compresor, despus de que ste se dispare y antes de que la presin seaventeada manualmente. Esto es sumamente importante para el diseo delcompresor, por representar la mxima presin a la cual son expuestos los sellosdel eje y el rea de entrada del compresor. Esta presin normalmente es algo msalta que cualquier presin de operacin de entrada y ms baja que la presin dedescarga, estando limitada, ya sea por una vlvula de seguridad en el rea deentrada del compresor, o por la presin de equilibrio para el gas cuando stealcanza temperatura atmosfrica (durante una parada). Cuando se estdeterminando la presin de ajuste de diseo deber asumirse que la vlvula debloqueo a la descarga o la vlvula de retencin a la descarga del compresor estarcerrada, de tal manera que la presin en este punto no estar presente dentro delcompresor. Estableciendo una presin de ajuste alta, se minimiza la prdida degas, debido al disparo de la vlvula de seguridad durante una parada; pero estorequiere de una presin de diseo alta para equipos y tuberas, incrementando asel costo.Por lo tanto, la seleccin de esta presin establece un compromiso entre la prdidade gas y el costo inicial del equipo.

4.11 Temperatura de EntradaDebido a que la temperatura de entrada afecta tanto la velocidad de flujovolumtrico como el requerimiento de cabezal para un determinado servicio decompresin, el rango completo tiene que ser especificado. Cuando se colocanintercambiadores en la lnea de entrada, el rendimiento del compresor dependerdel rendimiento de los intercambiadores; en consecuencia, se justifica ponerespecial atencin a la interaccin intercambiador/compresor. Cuando la seguridady operabilidad del compresor dependen en alto grado de la actuacin orendimiento de un intercambiador a la entrada, deberan especificarse alarmaspara la temperatura del gas de entrada (Por ejemplo, enfriamiento de gascraqueado para prevenir el ensuciamiento del compresor, calentando gasrefrigerante, a fn de determinar su influencia en la seleccin de los materiales ylos requerimientos de resistencia al impacto, etc.).

4.12 Temperatura de DescargaLa temperatura de descarga del compresor est influenciada por la temperatura(absoluta) de entrada, la relacin de presin, el valor del calor especfico del gas,y la eficiencia de compresor. Esta efecta el diseo mecnico del compresor, latendencia al ensuciamiento del gas, la seleccin de etapas y el diseo del enfriadorde descarga, ms el diseo mecnico de la tubera y el requerimiento deaislamiento. Sin embargo, sta puede ser estimada nicamente durante la fase



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de diseo del servicio, debido a que la eficiencia del compresor actual no esconocida an.Se presentan mtodos para estimar temperaturas de descarga en el CaptuloClculos de Sistemas de Compresin PDVSAMDP02K04. Durante la fase de ingeniera de detalle, luego de haber seleccionado el suplidordel compresor y el modelo, todos los aspectos del diseo del sistema quedependan de la temperatura de descarga (por ej. temperatura de entrada alpostenfriador) tienen que ser chequeadas contra la prediccin de la temperaturade descarga suministrada por el suplidor del compresor.La limitacin en la temperatura de descarga para los diferentes tipos decompresores son cubiertas en las Prcticas de Diseo (versin 1986), vol. VIISubseccines E, F, G, H e I.

4.13 Etapas del ProcesoRazones para Disear el Proceso de Compresin por Etapas Los serviciosde compresin de alta relacin de presin comnmente se separan en etapas decompresin mltiples y casi siempre incluye enfriadores entre etapas a fin deremover el calor generado en la compresin. La compresin se lleva a cabo poretapas, por las siguientes razones:1. Para limitar la temperatura de descarga de cada etapa a niveles que sean

seguros desde el punto de vista de limitaciones mecnicas o tendencia deensuciamiento del gas.

2. Para tener disponibles corrientes laterales, en la secuencia de compresina niveles de presin intermedia, tales como en los sistemas de los procesosde refrigeracin.

3. Para aumentar la eficiencia total de compresin (a fin de obtener unareduccin en potencia) manteniendo la compresin tan isotrmica como seaposible, optimizando la inversin adicional en enfriadores interetapas y loscostos de operacin del agua de enfriamiento contra el ahorro de potencia.Esto es un factor significativo en compresores de aire en plantas y encompresores de aire para procesos de gran capacidad.

4. Para enfriar las entradas a las etapas y de sta manera reducir losrequerimietos de cabezal de compresin total, suficientemente a fin dereducir el nmero de etapas de compresin requeridas. Esto da comoresultado compresores ms compactos y de costos de construccin msbajos.

5. Para fijar el aumento de presin por etapa a las limitaciones de presindiferencial del tipo de maquinaria: limitaciones en carga de empuje axial enlos compresores centrfugos, limitaciones de tensin en la varilla del pistn



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en los compresores reciprocantes, deflexin del rotor y empuje en losrotativos.

Definiciones de etapas de Compresin El trmino etapa de compresin delproceso describe el paso de compresin entre dos niveles de presin adyacentesen un sistema de proceso. La etapa de compresin del proceso puede serejecutada por una o ms etapas del compresor. Ejemplos de Etapas decompresin del proceso son:1. Servicios de compresin de gas craqueado en el proceso de Pirlisis con

Vapor Steam Cracker con enfriamiento intermedio para limitar latemperatura de descarga de la etapa, de tal forma que el ensuciamiento seaminimizado.

2. En procesos de niveles mltiples de sistemas de refrigeracin, vaporrefrigerante del tambor de vaporizacin instantnea y de los enfriadores denivel superior, es admitido al compresor a los niveles ptimos de presinintermedia, dividiendo asi el aumento de presin total en varias porcionesdiscretas o Etapas de Compresin del Proceso

3. Los compresores centrifugos de aire son frecuentemente enfriados entre lasetapas del compresor a fin de minimizar el consumo de potencia. Estaprctica comn se debe principalmente a que el costo de potencia representauna gran porcin del costo de operacin de muchos procesos que utilizanaire comprimido.

4. Los servicios de compresores reciprocantes con una alta relacin debendividirse en etapas de compresin mltiple a fin de mantener lastemperaturas de descarga del cilindro dentro de los lmites impuestos por lasconsideraciones de lubricacin del cilindro.

5. En las plantas de caucho sinttico Butyl Rubber el servicio de compresinde cloruro de metilo es dividido en etapas de baja y alta presin a fin depermitir la remocin del agua y del hexano entre etapas, y adems permitirla admisin de una corriente lateral de cloruro de metilo en un nivel de presinintermedia.

El trmino etapa compresora describe un montaje de elementos de trayectoriade flujo, diseados para realizar toda o una parte de la etapa de compresin delproceso.Ejemplos de etapas compresoras en varios tipos de mecanismos son:1. Para compresores centrifugos, cada labe gua en la entrada, el impulsor, el

difusor y el conjunto de canal de retorno.2. Para compresores axiales, cada fila de paletas rotativas y su fila de paletas

estacionarias siguientes.



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3. Para compresores reciprocantes, cada cilindro o conjunto de cilindrosordenados en flujo paralelo.

4. Para compresores rotativos, la mayora de las carcazas (con el conjunto derotor) son de una etapa sencilla. Algunos diseos especiales tienen dosetapas compresoras (con enfriamiento intermedio) dentro de un bloquesencillo.

Equipo Interetapa El equipo interetapa normalmente est diseadoconjuntamente con el servicio de compresin, y las especificaciones incluidas enlas Especificaciones de Diseo. Excepciones de esta regla lo constituyen lasplantas en forma de paquetes y compresores de aire de proceso, para los cualesel suplidor disea y suministra todo el equipo interetapa. Los compresoresreciprocantes complejos de etapas mltiples (y servicios mltiples) sonmanejados comnmente de ambas maneras, dependiendo principalmente de laspreferencias de la organizacin de la ingeniera de detalle. Ver Prcticas de Diseo(versin 1986) vol.VII Sec. 11H Montaje de Equipo Interetapa, Accesibilidad yMultiplicidad.Los elementos de equipos interetapas incluyen enfriadores, tambores,separadores, vlvulas de seguridad y tuberas. El uso de vlvula interetapasnicamente se requiere cuando volmenes grandes de lquido almacenado enseparadores requieren aislamiento, a fin de mantener una seguridad contraincendios. Las lineas de recirculacin manual para cada etapa, frecuentemente seproveen para ayudar en las operaciones de arranque y para ayudar a mantenerlos niveles de presin interetapa cerca de los niveles normales, bajo condicionesde carga parcial.

4.14 ControlPara decidir sobre el sistema de control de una unidad de proceso es importanteconocer las variables de proceso que son importantes y las herramientas decontrol y medicin requeridas para efectiva operacin de la unidad. En el campode compresin, la experiencia operacional facilita el anlisis del sistema de controlrequerido, el cual varia con el tipo de compresin. En la especificaciones deingeniera PDVSAMIDGB201R Compresores centrifugos, GB202PRCompresores reciprocantes GB203 Compresores de desplazamiento positivopara aire de servicio e instrumentos, GB204R Compresores rotatorios, semuestran las normas de instrumentacin y contro de cada uno.

4.15 CabezalRequerimiento de Servicio Cabezal es un trmino usado en la determinacinde la cantidad de energa que debe ser aadida a cada unidad msica de gas paraproducir el incremento deseado de presin. Las unidades que normalmente seutilizan son:



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1g x

Joules de energaKilogramos de gas metros de cabezal

Pie lb de energalb de gas Pie del cabezal

El trmino cabezal ha sido tomado del campo de la hidrulica, donde la altura deuna columna de liquido en metros (pie) es equivalente a la energa teoricamenterequerida para producir la presin esttica existente en la base de la columna. Elconcepto puede ser aplicado al campo de fluidos compresibles si la de presin sesustituye por presin en la base de la columna y el peso molecular se sustituyepor la gravedad especfica del lquido.El requerimiento de cabezal para compresiones de vapor se calcula por:

HPoli gcg Z R T1M nn1 P2P1 n1n 1 1Fo Ec. (9)Detalle de esta ecuacin son presentados en el Captulo Clculos de Sistemasde Compresin PDVSAMDP02K04.

El cabezal requerido, es un concepto til para el diseador del servicio decompresin, ya que:

PG W x HEficiencia Ec. (10)donde:

En unidades En unidades mtricas inglesas

PG = Potencia del Gas Kw HpCapacidad del Compresor Los compresores dinmicos, debido a que tienenlimitaciones finitas de velocidad perifrica, tienen limitaciones en la cantidad deenerga que una etapa dada pueda convertir en presin; es decir tienen limitacinen la capacidad de cabezal. Esta limitacin est definida por una curvacaracterstica de cabezalcapacidad la cual difiere para cada diseo demecanismo centrifugo y axial. Cuando a un compresor dinmico se le imprime unacondicin de requerimiento de cabezal en exceso de su capacidad, el oleaje(flujo en reverso) ocurrir. El oleaje puede causar daos o fallas al compresor.Los mecanismos de desplazamiento positivo no tienen limitaciones de cabezalcomo tales, pero en cambio poseen limitaciones impuestas por aumento depresin a travs de una etapa del compresor, aumento de temperatura, o por lacapacidad de fuerza del vstago del pistn.



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4.16 Condiciones Extremas de OperacinAdems de la seleccin de las condiciones normales de operacin, el diseadordel servicio tiene que especificar el rango de los puntos de operacin alterna quedebe ser capaz de aguantar el compresor. Estos puntos de operacin alterna sonseleccionados, de tal manera que incluyen las condiciones de operacin msdifciles o severas para el tipo de compresor seleccionado en particular. En lasPrcticas de Diseo (versin 1986), vol. VII secciones 11 E, F, G, H, e I, detallanlas limitaciones particulares de cada tipo de mecanismo, pero la tabla siguiente,resume el significado de los parmetros, en sus valores extremos, en general:

Factores AfectadosParmetro Al valor mnimo del

ParmetroAl valor mximo del

ParmetroFlujo volumtrico Bajo valor para el extremo Diseo bsico del tamao de

final del rango de diseopara el mecanismo y los

la carcaza y todos loselementos de la trayectoria del

controles del flujo deproceso.

flujo.

Flujo msico Poca significacin. Requerimiento de Potencia.Temperatura de Seleccin de materiales Requerimiento de Cabezal;entrada para resistencia de temperatura de descarga.

impacto; seleccin deaceite lubricante y/o aceiteaceite lubricante y/o aceitede sello.

Temperatura de Poca significacin. Diseo de etapa, Diseo delTemperatura dedescarga

Poca significacin. Diseo de etapa, Diseo delmecanismo para el control deexpansin trmica y espaciosmuertos crticos; potencialformacin de coque einflamacin del lubricante yinflamacin del lubricante yaceite de sello; seleccin deaceite de sello; seleccin demateriales.

Presin de Requerimiento de Cabezal; Capacidad de mximaentrada aumento potencial de velocidad de flujo msico del

temperatura; mximavelocidad de flujo

compresor, y porsupuesto elrequerimiento de potencia;velocidad de flujo

volumtrico; mximarequerimiento de potencia;potencial de presin de

presin diferencial que los descarga del mecanismo;elementos mecnicosdeben soportar; potencial

diseo del sistema de sello deleje.deben soportar; potencial

de ingreso de aireeje.

atmosfrico (vaco).



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Factores AfectadosParmetro Al valor mximo del

ParmetroAl valor mnimo del

ParmetroPresin de Potencial de mxima Requerimientos de cabezal;descarga velocidad de flujo diseo de carcaza y de los

volumtrico (compresoresdinmicos).

pernos; presin diferencialmxima que deben soportardinmicos). mxima que deben soportarlos elementos.

Peso molecular Mxima capacidad de Velocidades permisibles delcabezal de la mquina. gas dentro de la mquina

debido al nivel de velocidadsnica (compresores dinmicos); mximo requerimientocos); mximo requerimientode potencia.

El diseador del compresor debe reajustar las condiciones extremas de operaciny adems optimizar el diseo de la mquina para las condiciones de operacinms frecuentes. Por esta razn el diseo del servicio de compresin deber incluiralguna indicacin acerca del intervalo de tiempo anticipado para cada condicinde operacin especificada.

4.17 Consideraciones para el ArranqueObjetivos de la Prueba Inicial con Aire Las unidades compresoras paraservicios de gas y aire, usualmente son probadas con aire, por un perodo corto,despus de su instalacin inicial, despus de trabajos mayores de mantenimiento,o antes de comenzar largos perodos de funcionamiento. El principal propsito deesta corrida de prueba es exponer y corregir deficiencias mecnicas que de otramanera podran parar el proceso. Los objetivos especficos pueden resumirsecomo sigue:1. Verificar la limpieza y operabilidad del aceite lubricante y los sistemas de sello

del eje.2. Probar todas las seales permisibles de arranque, seales de alarmas y

paradas asociadas con la unidad compresora.3. Revisin de las partes de desgaste (sellos de contacto, anillo de pistones,

empaque del vstago del pistn, acoplamientos, dientes de engranaje,artculaciones del gobernador, etc.) a baja velocidad y carga liviana, con altasvelocidades de lubricacin, y con paradas frecuentes para enfriamiento einspeccin.

4. Probar el encendido y apagado del accionador y sistemas del controlmodular y cualquier control integrado de la mquina.

5. Verificar operabilidad del sistema de suministro de servicio de la planta conuna carga tan alta como sea posible, operando con aire del compresor.



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6. Verificacin de alineamientos de acoplamientos y niveles de vibracin con elcompresor y conductor a temperaturas tan cercanas a la temperatura deoperacin, como sea posible.

7. Dar oportunidad de entrenamiento al operador.8. Soplado y/o secado de las lineas de proceso y equipos.Facilidades Requeridas para la Prueba Inicial con Aire Usualmente serequieren facilidades especiales en el sistema de tuberas de los compresores detal forma que la prueba inicial con aire pueda realizarse conjuntamente con otrosacondicionamientos del equipo del tren de procesos. Estas facilidades son:1. Una lnea auxiliar corta con bridas en la lnea de entrada, dentro de la vlvula

de bloqueo de entrada, para servir como una toma de aire temporal; unaportezuela de acceso para inspeccin, y un filtro temporal y portezuelaremovible. Esta lnea corta normalmente es parte del diseo del filtrotemporal.

2. Filtros temporales, segn las especificaciones de ingenieraPDVSAMIDGB201R y GB203 son usados durante la pruebainicial con aire y al inicio de la operacin del proceso, para proteger alcompresor del polvo, objetos y escombros que podran quedar a la entradadel sistema, ya sea por accidente o por descuido en la inspeccin.

3. Una lnea auxiliar corta, de aproximadamente la mitad del dimetro de lalnea, a la descarga, dentro de la vlvula de bloqueo a la descarga, que sirvacomo una portezuela de descarga.

4. Facilidades para disminucin de ruidos, algunas veces se requerirn a laentrada del aire y en las portezuelas de descarga temporal.



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Circuito Cerrado para la Prueba Inicial1. Recirculacin de una Mezcla de Gas Inerte Mientras que casi todos los

compresores centrfugos diseados para servicio de gas, pueden operarseen forma segura y continuamente con aire, otros no pueden hacerlo, debidoa que la temperatura de descarga (o la temperatura en alguna etapaintermedia del compresor) exceder la mxima temperatura de trabajopermisible de la mquina. Esto tiende a ocurrir con mayor frecuencia, cuandola temperatura normal de entrada al proceso de servicio est muy por debajode la temperatura del ambiente, cuando la relacin de presin de servicio esmuy alta, cuando el cabezal est por encima de 15000 m (50000 pie), cuandola relacin de calor especfico del gas est muy por de bajo a la del aire, y conaccionadores de velocidad constante. Tanto los servicios de gases de altopeso molecular, como los de bajo peso molecular, pueden presentarproblemas de temperatura de descarga operando con aire. El accionamientocon velocidad variable, lo cual permite operar a baja velocidad, da algunaflexibilidad para limitar la temperatura de descarga, pero el operar avelocidad parcial no es tan til como operar a la velocidad de diseo, debidoa que en el primer caso se expone a muchos problemas mecnicospotenciales. El ejemplo ms comn de dificultad de operacin es el serviciode refrigeracin con etileno. Otro ejemplo es el de gas de alimentacin ricoen hidrgeno, en el proceso de Hidrotratamiento.En los casos donde la temperatura de descarga en aire pueda predecirse queestar cerca, o ligeramente por encima de la temperatura mxima permisiblepor la carcaza, pueden hacerse una serie de corridas de prueba muy cortase intermitentes bajo estricto control para probar la seguridad de una corridaprolongada y para detectar problemas que puedan surgir a velocidadmxima.Cuando haya riesgo de daos al compresor, an haciendo corridas cortas,se pueden hacer circuitos cerrados temporales a bajo costo y llenados conuna mezcla de helionitrgeno para recircular. Mezcla de gas y detalles delcircuito deberan ser determinados por los ingenieros encargados, con elasesoramiento del suplidor del compresor.

2. Riesgos al Circular Aire Los compresores centrfugos con sellos de aceiteno debern operarse en ningn momento en un circuito cerrado usando aireu oxgeno, a menos que se incluyan aspectos especiales de seguridad talescomo los descritos ms adelante. De otra manera, podra aumentar la fugade aceite de sello en la corriente circulante de aire, hasta formar unaconcentracin explosiva. Ver tambin las Prcticas de Diseo (versin1986), vol. VIII. Sec. 15B. Minimizando los riesgos de fuego, explosioneso accidentes.

Un ejemplo, es el uso de un compresor de gas de reciclo en un ReformadorCataltico (Powerformer) equipado con sellos de aceite en eje para circular aire



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para el secado del sistema de tuberas o para regenerar el catalizador. Para evitarel paso de aceite desde los sellos del eje hacia la corriente de aire circulante, elcompresor deber ser especificado, para inyectar nitrgeno en el laberinto internodel sello del eje. El nitrgeno acta como una barrera de gas inerte entre el airecaliente a la descarga del compresor y el aceite de sello en las cmaras internasdel drenaje de aceite, y provee una atmsfera inerte en el sello interior. El gasamortiguador tambin sirve como una barrera, que impide la entrada de aceite alas tuberas del sistema. Los sistemas de gas amortiguador deben dotarse deinstrumentos de alarmas de baja presin diferencial, para sealar una falla delsistema de proteccin. Aplicaciones de este tipo debern ser revisadas con unespecialista en mquinas rotativas.Los compresores reciprocantes con cilindros lubricados no debe ser operadosnunca en un circuito cerrado usando aire u oxgeno, ya que se podra generar unamezcla explosiva en el circuito.Condiciones de Proceso El diseo del control y sistemas de reciclo de loscompresores debern considerar dos situaciones anormales de operacin quefrecuentemente ocurren cuando maquinarias nuevas o reparadas son puestas enservicio de proceso. Primero es deseable, probar el compresor y el accionadorbajo flujo total, y condiciones de carga total, incluso cuando el flujo de alimentacina la planta est muy por debajo de lo normal. Esto requiere que el sistema dereciclo sea diseado para permitir flujo nominal al compresor. Para esta operacinde prueba, no se necesita alta eficiencia del sistema. Luego, pueden ocurrirperodos prolongados de bajo flujo de alimentacin a la planta, debido aconsideraciones operacionales o de mercado, haciendo deseable la operacineficiente de compresin a carga parcial. Disear para sta condicin puede influiren los pasos de control a la descarga, para compresores reciprocantes, yposiblemente el nmero de unidades paralelas provistas. Con compresoresdinmicos, la eficiencia de operacin a carga parcial puede ser maximizadaespecificando y seleccionando el diseo del compresor con estabilidad mxima(flujo mnimo de oleaje) y aplicando y optimizando el sistema de controlantioleaje que considera las caractersticas actuales de la mquina asi comotambin la velocidad de flujo.

4.18 Flexibilidad para ExpansinUna estrategia de inversin en medios de manufactura y planificacin a largo plazoocasionalmente justifica una preinversin en el equipo inicial de planta, a fin depermitir una futura expansin de capacidad a bajo costo. Los servicios decompresin, junto con otras operaciones unitarias de planta, pueden serespecificadas inicialmente para el grado deseado de flexibilidad de expansin.Simplemente el dejar un espacio de terreno para operar un compresor adicionalen paralelo, es una prctica poco usada, porque el dejar espacios de terreno



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grande, para el equipo del tren de proceso asociado, resulta muchas veces pocoeconmico desde el punto de vista de disposicin de equipo.

La mejor manera de prepararse para una expansin de servicios de compresin,en la mayora de los casos, es especificar las condiciones de operacin futuras quepuedan ser definidas junto con las condiciones iniciales. Luego, especificar que elcompresor, el elemento motriz y los equipos auxiliares principales (tales comotambores separadores, tuberas, sistema auxiliares de aceite, etc.) seandiseados con un criterio de ingeniera para un costo bajo de aumento decapacidad, cuando se requiere por una expansin prevista de la unidad.

4.19 Requerimientos de PotenciaGeneralidades Los requerimientos de potencia de los servicios de compresintienen que ser estimados en la etapa de diseo del servicio, de tal forma que losrequerimientos de diseo de los sistemas de servicios puedan ser especificadosy los costos de operacin estimados. Los clculos son realizados por mtodos ydatos presentados en el Captulo Clculos de Sistemas de CompresinPDVSAMDP02K04. Despus de la seleccin de los modelos de equipos,los diseos del sistema de servicio deben ser comparados con la garanta deconsumo de servicios por parte del suplidor.

Reclasificacin de la Capacidad del Compresor Operado a Mxima CargaLas turbinas a gas, motores y accionadores de motores elctricos, sonfrecuentemente prediseados para una capacidad normal fija, ocasionando estoque los accionadores seleccionados sean algo ms grande, que el tamao mnimorequerido por las especificaciones de ingeniera PDVSAMIDGB201R, GB202PR, GB203 y GB204R. El margen de potencia disponible deesta manera en los accionadores puede ser aprovechado aumentando lacapacidad del compresor al nivel de requerimientos de potencia que se ajuste alcriterio de seleccin de tamao del accionador segn las especificaciones arribamencionadas. Si este incremento en capacidad tuviese un valor econmico, y siun leve incremento en la velocidad del flujo de oleaje es aceptable, laEspecificacin del Diseo estipular:

Si existe un margen entre el requerimiento de potencia nominal del compresor yaquel permitido segn la clasificacin del elemento motriz seleccionado, entoncesla calibracin de la capacidad del compresor debe incrementarse hasta que elaccionador quede a carga mxima (segn especificaciones de ingenieraPDVSAMIDGB201R, GB202PR, GB203 y GB204R) . Eldiseo del equipo del tren de proceso debe ser revisado entonces para determinarcmo lo afecta este incremento de capacidad.



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4.20 Condiciones AmbientalesLas siguientes condiciones ambientales afectan el diseo y las instalaciones delos servicios auxiliares para las unidades compresoras, y tienen que ser cubiertasen las Especificaciones de Diseo:

Factores que Afectan a todas las Unidades Compresoras:1. Altura La presin baromtrica afecta la conversin de un indicador de

presin manomtrica a valores de presin absoluta.2. Rango de Temperatura Ambiente Esto determina la clasificacin

climtica de la zona (segn especificaciones de ingenieraPDVSAMIDGB201R, GB202PR, GB203) e influye en eldiseo del rendimiento de compresores, turbinas a gas y motores de combustin interna.

3. Polvo y Arena Cantidades excepcionales de polvillo (como partculas decatalizador) y arena, tienen un efecto adverso en aquellas piezasdescubiertas, tales como el vstago de las vlvulas, laberintos de sellos deeje, articulaciones mecnicas de la turbina, y mecanismos posicionadores delos labes directores del estator de compresores axiales.

Factores que Afectan a los Compresores de Aire, Turbina a Gas y Motores1. Altura La presin baromtrica afecta el volmen especfico del aire y en

consecuencia, afecta el diseo del rendimiento de todas la las mquinas queoperan con aire.

2. Sustancias Corrosivas y Slidas en el Aire La calidad del aire en losalrededores de la entrada afecta los requerimientos de filtrado y puedeafectar la seleccin de mquinas y materiales del sistema. La presencia deroco de mar, vapores salados y gases qumicos deben ser especificados.

3. Direccin Predominante del Viento Esto afecta la ubicacin que seseleccionar para las tomas de aire, con respecto a vlvulas que descargana la atmsfera, fuentes de gases aceitosos, fuentes de vapores qumicos,rocio de mar, etc.

Factores que Afectan a los Compresores de Gas1. Restricciones de Emisin Atmosfrica El diseo del sistema de sello del

eje es afectado por la cantidad permitida de emisin continua de gas.

4.21 Lquido en Corrientes GaseosasRiesgos La presencia de lquido en la corriente gaseosa perjudica a loscompresores en diferentes formas:



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1. Porciones de lquido pueden causar graves daos a casi todos los tipos decompresores.

2. El agua en cantidades muy pequeas se puede combinar con H2S del gas,y producir fractura por corrosin debido a esfuerzos en las partes de acerode gran resistencia.

3. Cantidades pequeas de agua pueden combinarse con H2S y CO2 paraformar cidos, los cuales aceleran la ftiga por corrosin y erosin, ademsde la corrosin de las partes incluidas en la trayectoria del gas.

4. Hidrocarburos lquidos y agua en la corriente gaseosa, diluyen y lavan lapelculas lubricantes de los cilindros de los compresores reciprocantes,acelerando grandemente la velocidad de desgaste de las piezas de contacto:anillos de pistones, forros del cilindro, empaque de vstagos, vstagos yvlvulas.

Los compresores reciprocantes son muy sensitivos al arraste de lquido, ya seaen forma intermitente o en forma continua. Los compresores centrfugos son muysensitivos a la corrosin por lquidos. Los compresores rotatorios del tipo anillo ytornillos helicoidales tienen la mayor tolerencia a todas las formas de lquido.Si bajo alguna circunstancia predecible, se puede esperar que algn lquidoalcance el compresor, esta situacin debe ser completamente descrita en laespecificacin de diseo.Medios para Proteger los Compresores Para evitar estos riesgos alcompresor el sistema de proceso podra proveerse de los siguientes tipos omedios de remocin de lquido.1. Proveerse de un tambor separador en la lnea de entrada al compresor para

remover las porciones de lquido arrastradas en el gas. Adems seespecificarn alarmas de alto nivel de lquido y disparo automtico delcompresor.

2. Se especificarn trazas de calor y aislamiento de la tuberia de entradacuando el enfriamiento de la misma, debido a la temperatura ambiental seatal, que pueda condensar parte de lquido de la corriente gaseosa.

3. Especificar celdas colectoras de lquido, con cristales de nivel y drenaje convlvulas, colocados cerca de la brida de entrada al compresor, y as permitirun arranque seguro y facilitar el control normal de contenido de lquido. Estasinstalaciones no son adecuadas para una separacin y remocin continuade lquido.

4. Todos los tramos largos horizontales de la lnea de entrada y las celdas bajasdebern estar provistos de drenajes en los puntos bajos.

5. Ocasionalmente, cuando es problemtica la condensacin en la tubera,residuos de arrastre, o los productos de corrosin en los sistemas de



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compresores reciprocantes inmediatamente aguas arriba de loscompresores, se instalan una especie de filtros coalescentes.

Beneficios en el Uso de Inyeccin de Lquido Generalmente mientras que ellquido tiene el potencial para hacer mucho ms dao que bien en loscompresores, ocasionalmente se inyecta en forma deliberada a fin de mejorar,mantener o restablecer el rendimiento del compresor. Por ejemplo:1. Para prevenir el depsito de polmeros en superficie internas en servicios de

gas de ensuciamiento, continuamente se inyecta aceite de lavado en lacorriente gaseosa y en las etapas individuales del compresor.

2. El lavado intermitente con solventes fuertes se usa algunas veces paradisolver y limpiar depsitos de ensuciamiento.

3. Ocasionalmente se inyecta agua, para suministrar enfriamiento evaporativodel calor de compresin, como un preventivo del ensuciamiento. Esta tcnicareduce el cabezal de compresin, retardando continuamente el aumento detemperatura, aunque el ahorro en potencia se ve disminuido notablementepor el aumento en flujo msico aadido por la inyeccin. El mtodo deinyeccin de agua es utilizado comercialmente para retardar lapolimerizacin en compresores que manejan corrientes ricas en acetileno,debido a la gran tendencia de polimerizacin del acetileno. Esta prctica esefectiva y relativamente segura para compresores rotativos; paracompresores centrfugos slo es aplicada donde el enfriamiento marginal serequiere para evitar un aumento grande en la inversin por ejemplo, paraeliminar la necesidad de una etapa de proceso adicional de compresin. Serequiere de agua limpia y tratada para evitar la deposicin de slidos dentrodel compresor. Se requiere un diseo individual de los medios de inyeccin.

4. La inyeccin de aceite de enfriamiento se aplica comercialmente encompresores de aire de servicios del tipo rotativo para minimizar el nmerode etapas y obtener una eficiencia alta. El aceite es separado a la descargadel compresor, es enfriado y luego recirculado a travs de la mquina.

4.22 Materiales para MaquinariasGeneralidades Especificaciones de materiales para compresores yaccionadores se encuentran en las especificaciones de ingeniera (verreferencias) de Maquinarias y sus Complementos de Normas API. Ellas enconsecuencia no necesitan presentarse en las Especificaciones de Diseo bajocircunstancias normales.El uso del trmino materiales segn norma del suplidor deber evitarse en lasespecificaciones, ya que esto implicara la aceptacin de materialesconvencionales en lo que podra ser un ambiente de servicio severo o fuera de lonormal.



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Corrosin con Esfuerzo de Acero SuperTemplado Los acerossupertemplados usados en las piezas de compresores centrfugos sometidos agrandes esfuerzos, estn sujetos a ruptura por agrietamiento de corrosin conesfuerzo, cuando se exponen a H2S hmedo. Debido a que normalmente resultaimprctico remover el sulfuro de hidrgeno a niveles suficientemente bajos comopara evitar este peligro, se brinda proteccin seleccionando acero con bajasusceptibilidad (debido a su limitada resistencia a punto cedente) y minimizandoel agua en fase lquida en la corriente gaseosa. Las tuberias de entrada paraservicios de compresin conteniendo H2S y vapor de agua a condiciones desaturacin debern especificarse de tal forma de tener trazas de vapor, a fin deprevenir que se forme condensado a lo largo de las paredes de la tubera. Debertomarse un cuidado especial en el diseo del tambor separador y los medios dedrenaje de la tubera de entrada y adems el diseo mecnico de la tubera, ya questa puede alcanzar la temperatura mxima generada por la traza de vapor, tanpronto como se pare la mquina.Medidas Especiales para Prevenir la Corrosin Si por experiencia previa,desarrollos de plantas pilotos o trabajos de pruebas de laboratorio se handesarrollado medidas especiales para evitar problemas de corrosin nicos, stosdeberan mencionarse en las Especificaciones de Diseo. Un ejemplo sera el usode superficies galvanizadas o aluminizadas en compresores manejandomonxido de carbono para prevenir la corrosin carbonilica. Un segundo ejemplosera la proteccin contra el dixido de azufre en la atmsfera de la planta,pintando con epoxy la superficie interna del equipo interetapa de los compresoresy la tuberia.

4.23 Caractersticas de los Servicios de Compresin que Afectan losSellos del Eje

Presin Las siguientes presiones influyen en el diseo del sistema de selladodel eje y debern ser incluidas en las Especificaciones de Diseo.1. Presin de entrada mnima, por perodos breves o prolongados

especialmente si est cerca o por debajo de la presin atmosfrica.2. Mxima presin de entrada para operacin.3. Presin de ajuste, luego de una parada automtica.Significado de Fuga a la Atmsfera Varios tipos de sistemas de sello de ejesde compresores, permiten una fuga continua de gas a la atmsfera o a un cabezalde mechurrio a velocidades bajas y controladas. Para encaminar la ingeniera dedetalle del sistema se debern indicar las siguientes caractersticas:1. Naturaleza peligrosa del gas que sale debido a la toxicidad, inflamabilidad o

corrosividad.



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2. Valor econmico del gas que se pierde.Implicaciones de Ingreso de Sellador en la Corriente Gaseosa Varios tiposde sistemas de sello de ejes tienden a permitir fuga de fluidos selladores en lacorriente gaseosa. Para encaminar la ingeniera de detalles del sistema, deberindicarse la sensibilidad del proceso a pequeas cantidades de los siguientesselladores:1. Aire atmosfrico, en pequeas cantidades.2. Aceite lubricante, en pequeas cantidades.3. Gas amortiguador.Disponibilidad de Gas Amortiguador Algunos diseos de sistemas de sellode ejes se oponen a la fuga de gas y al ingreso de aire/aceite presurizados a lazona de sellado, con un gas amortiguador usualmente gas inerte o nitrgeno deservicio. La disponiblidad de tal fuente gaseosa deber ser anexada en laEspecificacin de Diseo, junto con los otros servicios.

4.24 Diseo para Mnimo MantenimientoA pesar de que todas las instalaciones de compresores en los procesos modernosson diseados para un bajo uso de personal en las funciones de operacin ymantenimiento, algunas opciones estn disponibles al diseador a fin de mejorarla seguridad, operabilidad y mantenimiento en situaciones de mnimo uso depersonal a cambio de un aumento en la inversin. Las opciones consistenprimeramente en las reas de instrumentacin supervisoria y en las facilidades demantenimientos y stas son cubiertas en las Prcticas de Diseo (versin 1986),vol. VIII, Sec. 11 P.

4.25 Exactitud de la Informacin de Ingeniera Suministrada por elSuplidor

Una gran parte de los datos de ingeniera y costos suministrados por el vendedorson requeridas para planificar, disear y ejecutar la aplicacin de maquinaria a losservicios del proceso.Esta informacin tiende a ser menos exacta y confiable durante las fases deplanificacin y diseo del proceso de un proyecto, que en la fase de ingeniera dedetalle. Esto se debe a que los representantes de los suplidores de maquinariaspueden ponerle menos atencin a los detalles de ingeniera, antes de que laaplicacin entre en la etapa comercial. Por esta razn, la confianza que undiseador deposita en la informacin de ingeniera del suplidor debe ponerse enjuicio, de acuerdo a la base en que se obtiene.Los datos anticipados por el suplidor son considerablemente ms confiablescuando provienen de modelos normales de mquinas prediseadas y de unidades



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que han sido construidas con anterioridad, que aquellos provenientes demquinas diseadas contra pedidos especificos que son usados frecuentementeen aplicaciones de proceso.Los datos de ingeniera provenientes de los suplidores normalmente se disponencomo siguen, en orden ascendente de confiabilidad:Los Catlogos de Productos, se emiten rutinariamente a las oficinas principalesde ingeniera. Su interpretacin puede requerir la asistencia de ingeniera deventas. No se incluyen con frecuencia, los diseos de mquinas nuevas.Usualmente los datos son breves y generalizados, y algunas veces caducos.Las Investigaciones de Preoferta son realizadas por ingenieros de venta enrespuesta a requisiciones, para estimados e informacin de planificacin. Losrendimientos y estimados de costos tienden a ser optimistas, ya que en esta etapano siempre se preveen detalles que reducirn la eficiencia y aumentarn loscostos. En raros casos, donde se necesitan muchas licitaciones y/o diseos paraasegurar la confiabilidad de la informacin anticipada para el uso del diseo deproceso, se negocian contratos especiales para este servicio con uno o mssuplidores previamente seleccionados.Las Propuestas Comerciales son preparadas como respuesta a un estudio decompra formal al comienzo de la ingeniera de detalles. Las propuestasnormalmente son ms confiables que los resultados de investigacin deprepropuesta para costos y datos de rendimiento, aunque poseenconsiderablemente menos detalles de ingeniera que los que se aplican a unaorden.Las Ordenes de Diseo son realizadas en detalle completo despus de que unaorden es colocada, y constituye la base para el diseo detallado de la instalacin.Los detalles dimensionales no se desarrollan normalmente hasta esta etapa.

4.26 Presin y Temperatura de DiseoGeneralidadesEn los campos de compresores y turbinas, los trminos presin de diseo ytemperaturas de diseo no tienen definiciones consistentes y aceptadasuniformemente. En consecuencia, su uso se deber evitar en los documentos deespecificacin de maquinarias. Otros trminos se usan dentro de cada uno de loscampos del tipo de maquinaria a fin de describir los lmites dentro de los cualesel suplidor tiene que disear el mecanismo para su seguridad estructural.Estos lmites de seguridad estructural tienen que ser iguales o mayores que lascondiciones de servicio nominales, dentro de la cual tiene que operar la mquina.Por ejemplo, el modelo de mquina seleccionada tiene que tener la presinmxima permisible y lmites de temperatura que igualen o excedan las



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condiciones de servicios especificadas por el diseo del proceso para asgarantizar seguridad estructural.La temperatura para la cual, la mquina tiene que ser estructuralmente segura, serefiere a la temperatura del metal a la condicin ms severa de presin ytemperatura coincidentes. La temperatura del metal iguala a la temperatura delfluido en todos los tipos de fluidos comerciales. La presin a la cual la mquinatiene que ser estructuralmente segura se refiere a aqulla utilizada paradeterminar el espesor mnimo de pared de las cavidades presurizadas.Para estar estructuralmente seguro al operar a presiones y temperaturasextremas, los mecanismos compresores tienen que ser capaces de evitar fugaspor la bridas o fracturas de la carcaza. El espacio interno libre tiene que seradecuado para prevenir interferencias entre las piezas movibles y estacionariascausadas por distorsin de la carcaza. El arreglo de los soportes tienen quepreservar alineamientos operables en posicin adecuada. La envoltura de lossellos y los sellos de eje tienen que ser diseados para prevenir la falla de piezasy fugas grandes.

Compresores CentrfugosPresin de Diseo La equivalencia de presin de diseo para las carcazas decompresores centrfugos es la presin mxima de trabajo de la carcaza la cualest definida por la norma API 617 como la mxima presin que pueda existir enel compresor bajo las condiciones ms severas de operacin. Esta presin esdeterminada, aadindole a la mxima presin de succin que se pueda registrar,la presin diferencial que el compresor est en capacidad de desarrollar en elsistema cuando est operando a las condiciones combinadas ms severas. Alestablecer el mximo requerimiento de presin de trabajo de la carcaza se debertomar en consideracin las variaciones en peso molecular, forma de la curvacaracterstica de cabezalcapacidad, caballos de potencia del elemento motriz yrango de velocidad, presin de succin y variaciones de temperatura.Normalmente se desea, una vlvula de seguridad en la descarga del compresor,calibrada a una presin menor que la mxima presin de descarga posible, a finde limitar la presin a la cual podra exponerse a la tubera y los equipos corrienteabajo. Cuando no se incluye esta vlvula de seguridad, el circuito de descargatiene que ser adecuado para soportar la presin de descarga mxima que sepuede generar bajo cualquier circunstancia posible. Cuando por el contrario seincluye su calibracin, pasa a ser, la mxima presin de trabajo de la carcaza delcompresor. La presin interna mxima para la cual es adecuada la carcaza, sinconsiderar las condiciones actuales de trabajo o requerimientos, est definida porla norma API 617 como la presin mxima de diseo de la carcaza. Este valores especificado por el suplidor de la mquina de acuerdo al requerimiento depresin mxima de trabajo de la carcaza por parte del comprador.



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Consideraciones Especiales de Presin de Diseo1. Materiales Para la Carcaza Debern usarse materiales de bajo costo. El

hierro fundido no deber usarse por encima de los 1725 KPa man. (250 Psig)para aire o gases no inflamables, o por encima de 525 KPa man. (75 Psig)para txicos o inflamables.

2. Proteccin de Equipos Corriente Abajo Un soplador de aire en unaplanta de craqueo cataltico, puede tener una vlvula de seguridad a ladescarga, para proteger al regenerador de la presin mxima que uncompresor pudiera imponer, a mxima temperatura ambiente. Esta puedeser considerablemente ms baja que los 525 KPa man. (75 Psig) de presinde diseo de la carcaza, impuesta por el material de hierro colado. Lasvlvulas de seguridad en los compresores del termoreactor son calibradasa 175 KPa man. (25 Psig) sobre la presin de descarga obtenida con mximopeso molecular del gas y una presin de succin normal.

3. Carcaza Dividida Horizontalmente Esta carcaza est restringida a lapresin mxima de 2400 KPa man. (350 Psig) cuando el peso molecular estpor debajo de 10 (segn norma API 617), como es el caso de una mezclagaseosa rica en hidrgeno. Una vlvula de seguridad calibrada a 2400 KPaman. (350 Psig) o por debajo para un gas de este tipo, podra eliminar lanecesidad de construir una carcaza dividida verticalmente, la cual resultams costosa.

4. Unidades de Carcaza Mltiple La calibracin de seguridad en la primeracarcaza puede llegar a 525 kPa man. (75 psig), cuando sean de hierrocolado. Sin embargo, en un compresor de refrigeracin usualmente serequieren materiales de baja temperatura (carbn muerto o acero al nquel)permitiendo de esta manera una mayor presin de calibracin. Esto evitarla prdida de refrigerante cuando el compresor sea parado de repente, odurante un perodo de parada larga cuando el refrigerante lquido continueevaporndose en los enfriadores y en el tambor de vaporizacin instantneaa baja presin.

5. General Las vlvulas de seguridad entre etapas y a la descarga,proporcionadas para reducir costos del compresor y de los equipos entreetapas y corriente abajo, debern ser calibradas lo suficientemente altas, detal manera que aqullas abran solamente durante condiciones deemergencia o condiciones anormales.

Temperatura de Diseo La mxima temperatura de trabajo de la carcaza delcompresor (equivalente a la temperatura de diseo) deber ser la temperatura dedescarga mxima, anticipada dentro del rango especificado de operacin, eincluyendo un margen adecuado de 30C (50F). Los factores que pueden elevarla temperatura de descarga sobre su nivel normal son: temperatura alta a laentrada, operacin a un punto de eficiencia bajo, alta relacin de presin (por



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ejemplo, debido a velocidad mxima, alto peso molecular) ensuciamiento delcompresor, e interenfriadores defectuosos. Las temperaturas mayores que sepodran generar, debido a la prdida completa de agua de enfriamiento en losinterenfriadores forzaran a una parada del compresor y en consecuencia nodebern considerarse al fijar la temperatura de diseo. Las especificaciones dediseo debern incluir una temperatura de diseo para cada carcaza delcompresor. Para una operacin por debajo de los 15 C (60F) se deberespecificar una temperatura mnima de diseo, de tal manera que los materialesdel compresor sean seleccionados con propiedades adecuadas para el impacto.Compresores AxialesLas guas anteriores tambin son aplicables a compresores axiales. Sin embargo,debido a que la experiencia de aplicacin es limitada, deben consultarseespecialistas en maquinarias y seguridad.Compresores

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