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Cp.3 Transporte de Gases
Clasificación deCompresores
Desplazamiento positivo
Reciprocante
Rotativo
Pistón
Varillas
Diafragma
TornilloLóbulosVenasCámara y pistón
Doble efectoSimple efecto
Flu o continuo ocin!ticas
Centr"fugas
Perif!ricas
#speciales
Flu o ra$ialFlu o ra$ial y a%ial
Flu o a%ial Simple succión
Simple succiónDoble succión
C&'PR#S&R#S
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Tipos de Compresores y Rangos de Aplicación
Transporte de Gases
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Transporte de Gases
Parámetros de Selección de Compresores
Características del Gas Natural
Caudal de flu o
Relación de Compresión y Presiones de !peración
Temperatura de operación
"#uipo de Potencia
R$gimen de %uncionamiento y !peración
Costos de Capital
Costos de !peración y &antenimiento
"spacio y %undaciones
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Cp.3 Transporte de Gases
Tipos de Procesos de Compresión
Proceso isot$rmicode compresión 'n()*
Proceso isoentrópicoó adia+ático decompresión 'n(,*
Proceso politrópicode compresión 'n(n*
n()n(*
v
P
n
+
, C DP$
Pa
C ctte Pv n == -
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Cp.3 Transporte de Gases
Telaciones de Presión- Temperatura y olumen "specífico enProcesos de Compresión
Proceso politrópico decompresión/
n()n(*
v
P
n
+
, C DP$
Pa
.)/0
)
1
)
1
−
=
nn
T T
p p
.)/0)
1
)
)
1
−
=
n
T T
vv
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Cp.3 Transporte de Gases
Tra+a o de Compresión"l tra+a o de compresión necesario será e#ui0alente al
área #ue definirá en el diagrama P10 cada uno de losdistintos procesos.
"s fácil 0erificar #ue el menor tra+a o #ue se necesite seráen un proceso isot$rmico 'n()*.
Por otro lado- el tra+a o necesario para un proceso decompresión adia+ático o isoentrópico 'n(,*- es decir sinintercam+io de calor- será el superior #ue se necesitará paraun proceso de compresión.
Para efectos de dise2o generalmente se considera unproceso adia+ático de compresión y la potencia e0aluada escorregida mediante un rendimiento t$rmico o politrópico.
Para #ue un proceso de compresión consumo menospotencia lo #ue se ace es apro4imar el sistema alcomportamiento isot$rmico- esto se lo consigue utili5andom6ltiples etapas y enfriadores entre etapas.
n() n(*
v
P
n
+
, C DP$
Pa
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Cp.3 Transporte de Gases
"4ponente Politrópico 'n* e 7soentrópico ',*Si se conocen los calores específicos a presión constante'c p* y a 0olumen constante 'c 0* el e4ponente , puede serdeterminado utili5ando la ecuación siguiente/
8tu9'l+mol oR*
n() n(*
v
P
n
+
, C DP$
Pa
k c
c
v
p
≡2345)==− Rcc v p
7,o,u '):; es 0álida para ?-@@ G ) y toma unatemperatura de referencia de )@? o%/
61351log76351 G
k −=
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Cp.3 Transporte de Gases
"stimati0a de "4ponente 7soentrópico ',*
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Cp.3 Transporte de Gases
Rendimiento Politrópico
na forma de estimar el coeficiente politrópico 'n* es utili5ando las correlacionespara la eficiencia politrópica- la misma #ue está relacionada con 'n* y ',* de lasiguiente forma/
nnk k
p /.)0/.)0
−−=η
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Cp.3 Transporte de Gases
"tapas de Compresión"4isten límites prácticos permisi+les en distintos parámetros de los sistemas de
compresión por cada etapa. Bas limitaciones 0arían con el tipo de compresor eincluyen lo siguiente/
oTemperatura de descarga- en todos los tipos.o"ficiencia de compresión- en todos los tipos.oNi0eles de presión- unidades dinámicas y la mayoría de despla5amientopositi0o.oRadio de compresión- unidades dinámicaso"fecto de espacio noci0o- unidades reciprocantes.
Cuando alguna de estas limitaciones se presenta- una opción es pensar enutili5ar sistemas de compresión en 0arias etapas en serie.
"nfriadores son generalmente utili5ados entre las etapas para incrementar laeficiencia del sistema de compresión- esto se consigue reduciendo la temperaturade entrada en la etapa siguiente o para la entrega del producto comprimido.
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Cp.3 Transporte de Gases
&$todos de ise2o y Selección de Compresores"l dise2o de sistemas de compresión se lo reali5a por compresor y por cadaetapa- considerando #ue e4iste caídas de presión y cam+ios de temperatura enlos interenfriadores y líneas de cone4ión- y 0ariaciones de densidad por efectosde condensación.
"ntre los m$todos utili5ados en el dise2o de compresores son/
')* "4presiones analíticas deri0adas de la teoría termodinámica-
'D* iagramas entalpía y entropía - com6nmente conocidos como diagramas de&ollier para procesos de compresión isoentrópica-
'3* iagramas de desempe2o pro0isto por los fa+ricantes.
"l m$todo a ser utili5ado dependerá del grado de precisión re#uerido. Bosresultados o+tenidos permitirán elegir el tipo de compresor a ser utili5ado enun aplicación específica.
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Cp.3 Transporte de Gases
&$todo de "4presiones Analíticas∫ =1
)
P
P
vdP w C Ctte Pv k ==
aire
aaaa
k k
a
d aa
GM RT Z
v P donde
P P
k k
v P w
=
−
−=
−
5
))
)
./08))
)99
)
lb ft lbf P P
k k
GM RT Z
mW k
k
a
d
aire
aa⋅−
−=
−
( ) ( ) min./08)99:
):/
46 lb
MMscfd ft lb
RT Z M P
m
RT Z
M P m
sc
sc sc
g sc
sc sc sc
g sc sc sc
∀
=
∀
=∀= ρ
−
−⋅
∀
=
−
))99
66:::)99:):
)4 k
k
a
d
aire
aa sc
sc sc
aire sc
P P
k k
GM RT Z
RT Z GM P
W
−
−
∀=−
))
:6:656
)k
k
a
d
sc
aa sc sc
P P
k k
T T Z P
W ; h
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Cp.3 Transporte de Gases
Ba ecuación anterior permite calcular la potencia ideal de compresión en ' p* ygeneralmente esta es empíricamente modificado para considerar el efecto de lacompresi+ilidad del gas natural en la admisión y descarga mediante la siguienteecuación/
dondeE 7FP ( Potencia ideal de compresión- pPsc ( Presión a condiciones estándar- psiaTsc ( Temperatura a condiciones estándar- oR
sc ( Caudal 0olum$trico en condiciones estándar- &&scfdHa ( %actor de compresi+ilidad en la admisiónHd ( %actor de compresi+ilidad en la descargaPa ( Presión de admisión- psiaPd ( Presión de descarga- psiaTa ( Temperatura de admisión- oR, ( Coeficiente isoentrópico
&$todo de "4presiones Analíticas
− −+=
−
))1
.0:6:656
)k
k
a
d
sca
ad a sc sc
P P
k k
T Z T Z Z Q P IHP
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Cp.3 Transporte de Gases
"l 8FP re#uerido generalmente es mayor a la potencia ideal 7FP. Ba energíaperdida es representada por dos tipos de eficiencia/ la eficiencia de compresión-η c- y la eficiencia mecánica- η m . "stas eficiencias se definen como-
"n los compresores modernos-
Bos 0alores de η c oscilan entre ;3I y :3I
Bos 0alores de η m entre ;;I y :@I.
Potencia Necesaria en el " e '8ra,e Forse PoJer 1 8FP*
mc IHP BHP
η η =
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Cp.3 Transporte de Gases
Ba temperatura de descarga puede ser e0aluada utili5ando las relacionespolitrópicas- considerando n(, para proceso isoentrópico.
"l calor remo0ido en los enfriadores entre etapas o en la descarga puede sercalculado utili5ado la ecuación de +alance de energía en el lado del gas #ueatra0iesa el enfriador- o sea/
así - la capacidad glo+al de transmisión de calor necesaria en el enfriador será-para el m$todo de diferencia media logarítimica T ln-
&$todo de "4presiones Analíticas
.)/0
)
1
)
1
−
=k k
T
T
p
p
( ) se gas g g p gasenfriador
T T cmQ −=
ln
.0T
Q! enfriador enfriador ∆
=
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Cp.3 Transporte de Gases
N6mero de "tapas
donde- r( Radio de compresión óptimo por etapaPd ( Presión de descarga final en el sistema de compresión- psiaPa ( Presión de admisión en la primera etapa del sistema de compresión- psia
n s ( N6mero de etapas
Se recomienda reducir la presión teórica de entrada en cada etapa en alrededor de3I para considerar la caída de presión entre etapas. "sto es e#ui0alente a di0idirel =r> por '?-:K* )9ns .
ise2o de Compresores Recíprocos
sn
a
d
P P
r /)
=
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Cp.3 Transporte de Gases
Rendimiento olum$trico ' η 0* y capacidad-
donde- A ( %actor de llenado- de fugas- de fricción- etcE generalmente entre ?-?3 a ?-?L.Bu ( %actor de lu+ricaciónE generalmente ?-?@ para compresores no lu+ricados ó cero en losotros casos.Ha y Hd ( %actor de compresi+ilidad en la admisión y descarga.
Capacidad de despla5amiento ' *-
donde-
( olumen o capacidad de despla5amiento- ft39minp ( iámetro del pistón- ft
B ( Carrera del pistón- ftRP& ( elocidad de rotación- re09minη 0 ( Rendimiento 0olum$trico
ise2o de Compresores Recíprocos
−−−−= ))
/)
d
k a
v Z r Z
Cl "# !η
v p RPM " $Q η π
⋅⋅⋅= 19
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Cp.3 Transporte de Gases
Ba potencia ideal- 7FP- para un flu o de masa de gas m'l+m9min* y una alturapolitrópica p'ft1l+f9l+m* está dada por/
Potencia y Altura politrópica/
donde-
p ( Altura politrópica- l+f1ft9l+m& ( Peso molecular del gas l+m9l+molTa ( Temperatura de admisión- oRHa y Hd ( %actor de compresi+ilidad en la admisión y descarga
ise2o de Compresores Centrífugos
( )
−
−
+=−
))1
);9; )nn
a
d aa p r n
n M Z
Z Z T %
66::: pm% IHP =
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Cp.3 Transporte de Gases
Ba potencia real re#uerida en el e e- 8FP- estará afectada por las p$rdidasmecánicas 'FPB m* e idráulicas 'FPB * de potencia- así/
Bas p$rdidas mecánica presentan 0alores entre K a @? p- dependiendo de la0elocidad y del tama2o de la carca5a de la unidad.
Bas p$rdidas idráulicas 0arían entre ?-3I a D-@I de '7FP9 η 0*- dependiendo-principalmente- del tama2o de la unidad.
ise2o de Compresores Centrífugos
%m p
HP" HP" IHP
BHP ++=η
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Cp.3 Transporte de Gases
N6mero de "tapas Ba altura politrópica- p- es un indicador del n6mero de etapas re#uerido para elcompresor centrífugo. "l n6mero de etapas re#uerido- n s - está dado por/
donde :@?? ft1l+f9l+m es un límite com6n asignado a cada etapa de compresióncentrífuga. "sto asumiendo #ue los impulsores están rotando a la 0elocidad dedise2o óptima.
ise2o de Compresores Centrífugos
2;:: p
s
%n =
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Cp.3 Transporte de Gases
so del iagrama de &ollier Ba altura de ele0ación politrópica- p- podrá ser calculada a partir de-
donde- η
p ( Rendimiento politrópico
η s ( Rendimiento isoentrópico ( Cam+io de entalpia para compresión isoentrópica- 8tu9l+mole
p ( Altura politrópica- ft1l+f9l+m
ise2o de Compresores Centrífugos
( )
s
p p M
%%
η
η ∆= 15773