selecciÓn compresor reciprocante con software ariel.pdf

8/17/2019 SELECCIÓN COMPRESOR RECIPROCANTE CON SOFTWARE ARIEL.pdf

1/75

SELECCIÓN DE UN COMPRESOR

RECIPROCANTE CON SOFTWARE ARIEL

Ing. Freddy López Vásquez


2/75

GENERALIDADES

• La utilización del gas natural, generalmenterequiere el incremento de presión a nivelesmayores a la presión de producción, para

transportarlo por tuberías a los sitios deconsumo o donde se realizará su transformación.

• La mayor parte es enviado a plantas compresoraspara ser comprimido y transportado.

• ESTE INCREMENTO DE PRESIÓN SE REALIZA ATRAVÉS DE COMPRESORES.


3/75

TIPOS DE COMPRESORES• DESPLAZAMIENTO POSITIVO, La presión del fluido se eleva reduciendo

el volumen específico del mismo.• DINÁMICOS, Aceleran el gas e incrementan la energía cinética la cual es

convertida en presión.


4/75

EQUIPOS DE PROCESO QUE CONFORMANUN COMPRESOR RECIPROCANTE


5/75

COMPRESOR RECIPROCANTE

• La compresión seobtiene pordesplazamiento de unpistón moviéndoselineal y

secuencialmente deatrás hacia adelantedentro de un cilindro;reduciendo de estaforma, el volumen de la

cámara (cilindro) dondese deposita el gas; esteefecto, origina elincremento en lapresión.


6/75

TIPOS DE COMPRESORESRECIPROCANTES

• Simple Etapa: Con una sola relación de compresión, queincrementan la presión una vez.

• Múltiples Etapas: Poseen varias etapas de compresión conenfriamiento intermedio, en los que cada etapa incrementa

progresivamente la presión hasta alcanzar el nivel requerido.• Integral: Los cilindros del motor y del compresor están

montados en una sola montura (frame) y acoplados al mismocigüeñal

• Separable: El compresor y el motor poseen cigüeñales ymonturas diferentes acoplados directamente.

• Balanceado - Opuesto: Son separables, en los cuales los cilindrosestán ubicados a 180º a cada lado del frame.


7/75

SELECCIÓN DEL COMPRESOR

Entre los principales factores que se deben tomaren consideración, se encuentran:

• Características del Gas y del Proceso.• Flujo volumétrico – Presión de Descarga• Limitaciones de Temperatura,• La velocidad de flujo,•

El consumo de potencia, Tipo de Elemento Motriz• Posibilidades de Mantenimiento y Costo• Disponibilidad Comercial del Compresor, Costo de

instalación.


8/75

RANGOS DE OPERACIÓN DE DIFERENTESTIPOS DE COMPRESORES

• Selección del compresor en función del flujo volumétrico (ACFM) y la

presión de descarga requerida.


9/75


•

Selección del compresor en función de la relación de compresión y el flujo.


10/75


•

Selección del compresor en función del flujo (m3/h) y la velocidad.


11/75

APLICACIONES DONDE SE REQUIEREUTILIZAR COMPRESORES RECIPROCANTES

• Altas presiones de descarga.

• Disponibles para bajos flujos de gas.

• Son mucho menos sensibles a la composición

del gas y a propiedades cambiantes que loscompresores dinámicos.

• Poseen mayor flexibilidad operacional, ya que

con solo cambio en los cilindros o ajuste de lospockets pueden ajustarse a nuevascondiciones de proceso.


12/75

PARTES DE UN COMPRESOR SEPARABLEBALANCEADO OPUESTO DE SIMPLE ETAPA Y DOBLE EFECTO


13/75

PARTES DEL COMPRESORRECIPROCANTE


14/75



15/75



16/75

PROCESO DE COMPRESIÓN

• Ciclo convencional de compresión.


17/75

PROCESO DE COMPRESIÓN

• Compresión en simple etapa y doble efecto.


18/75

DIAGRAMA REAL O INDICADO• Depresión al inicio de la admisión es del orden del 2 al 5% de la presión de admisión.

• Sobrepresión al final de la carrera de compresión del orden del 2 al 5% de la presiónde descarga.• El valor del espacio muerto varía entre el 3 y 10%, del volumen desplazado.• Pérdidas son consideras de 5 a 10 psi entre succión y descarga.


19/75

MÉTODOS DEL PROCESODE COMPRESIÓN

•

Se dispone de 2 métodos:1.- Se supone un proceso de compresión isoentrópico (adiabático yreversible con entropía constante que comúnmente se considera ideal).2.- Un proceso politrópico (se supone la entropía variable y se toman encuenta los cambios en las características del gas).


20/75

PROCEDIMIENTO PARA ESPECIFICARUN COMPRESOR RECIPROCANTE

• Considerando el volumen de gas a manejar, lapresión de succión y descarga, la temperaturade entrada y la composición del gas son

conocidas, EL PROBLEMA consiste en:

• Establecer el tipo de compresor reciprocante,

el número de etapas, la potencia requerida yverificar el porcentaje de carga y las tensionesen los ejes.


21/75

RELACIÓN DE COMPRESIÓN

• THE COMPRESSION RATIO =RC, es la relaciónde la presión absoluta de descarga, entre lapresión absoluta de succión.

• Si RC sale mayor a 4 (RC>4), entonces, lacompresión se realizará por etapas.

=

=

Ec. 1


22/75

NÚMERO DE ETAPAS DECOMPRESIÓN

• La presión máxima que puede alcanzarse en una etapade compresión está limitada por la temperatura dedescarga máxima permisible, desde 275 a 300°F ypor la carga de las barras del pistón (GPSA).

•

La primera aproximación se puede hacer variando elnúmero de etapas hasta obtener una relación decompresión menor a 4. Con la siguiente ecuación:

=

Ec. 2

n = número de etapas


23/75

EJEMPLO

Se requiere comprimir un gas:• Psuc= 600, Pdes= 1400 Rc=2,3: Como 2,34entonces comprimir en más de una etapa.

Rc=

7 = 2,6 es < que 4. (n=2 etapas)

• Psuc= 200, Pdes= 4000 Rc=20: Como 20>4entonces comprimir en más de una etapa.

Rc=

20 = 2,7 es < que 4. (n=3 etapas)


24/75

CALCULAR LA TEMPERATURADE DESCARGA

• Para calcular la temperatura de descarga decada etapa se utiliza la siguiente ecuación.

= [()()

] Ec. 3

•

K = constante del gas, sin unidad. Llamado coeficienteisentrópico: k =

, relación entre la capacidad

calorífica a presión constante y a volumen constante.


25/75

CALCULAR LA CONSTANTE kDE LOS GASES

•

Otra manera deestimar k esconociendo elpeso moleculardel gas y la

temperatura desucción con lasiguiente curva.

• Para los hidrocarburos gaseoso tenemos. k = −, ( °),relación entre el calor específico molar a presión constante.


26/75

Método gráfico

para determinarla temperatura

de descarga

entrando con elradio de

compresión, elvalor de k y la

temperatura desucción.


27/75

• Método gráficoparadeterminar latemperatura dedescarga

entrando con elradio decompresión, elcaudal, el valor

de k y latemperatura desucción.


28/75

FACTOR DE COMPRESIBILIDAD

• Factor decompresibilidaddel gas naturala densidadrelativa 0,65


29/75

POTENCIA REQUERIDA PARALA COMPRESIÓN

• Puede obtenerse considerando el proceso de compresiónisentrópico (adiabático reversible), calculando la potencia enfunción del cambio de entalpía y luego se ajusta de acuerdo altipo de compresor para obtener la potencia real con la

ecuación-6. Este método es utilizado por los simuladorescomputacionales.


30/75


• ECUACIONES del GPSA:

Potencia por etapa decompresión,Considerando pérdidas de:Tubería, scrubber, cooler, etc.Típicamente de 5 a 10 psi.

E = eficiencia isentrópica.

Rápida estimación de laPotencia del compresor.Considerando pérdidas y

alta velocidad.


31/75

BRAKE HORSEPOWER EN FUNCIÓNDE RC Y k PARA LA ECUACIÓN 13.4


32/75

EJEMPLO 1

• Cuál será la potencia para comprimir 2 MMcfd de

gas a 14,4 Psia con un radio de compresión de 9en 2 etapas.

• Radio por etapa:

9 = 3

•

Reemplazando valores en Ec.13.4• = 22 3 2 2 1,08 = 285

• De la fig. 13.9 para un valor de k=1.15 requiere 136

Bhp/MMcfd, para el ejercicio debemos multiplicar porla cantidad a comprimir que es 2 MM, entonces queda2x136= 272 Bhp

• De la ecuación 285 y del método gráfico 272 BHP.


33/75

EJEMPLO 2• Cuál es el requerimiento de BHP para comprimir 2 MMscfd de gas, medido

a 14.65 Psia y 60°F, presión de entrada es 100 Psia y temperatura deentrada es 100°F, la presión de descarga es 900 Psia. El gas tiene unagravedad específica de 0,80 (23MW), asuma E=0,82.

• Rc = 900 psia / 100 psia= 9 como 9>4 entonces:

• Rc por etapa = 9 = 3 con 2 etapas.• La presión de descarga de la primera etapa es: 100x3= 300 psia igual a la succión de la segunda

etapa, considerando 5 psia de pérdidas tenemos 295 psia.• 900/295 = 3,05 es el radio de compresión de la segunda etapa.• De la fig. 13.8 tenemos k=1.21 aproximadamente.• La temperatura de descarga se encuentra sustituyendo valores en la Ec. 3 o de gráfico 13.31, el

valor encontrado es: 220°F.• Asumiendo enfriamiento entre la primera y segunda etapa, la Tdescarga de la segunda etapa 244°F.• El promedio del factor de compresibilidad de la primera y segunda etapa es: 1st Zav= 0,975,

2stZav= 0,93.• Calcular la potencia requerida para la primera y segunda etapa con la ecuación: 13.21

• BHP 1st = 3,03 ∗ 0975 ∗ ∗

, ∗

,

,− ∗

4,

∗ [

)

,

, 1 = 136,7

• BHP 2st = 3,03 ∗ 093 ∗ ∗

, ∗

,

,− ∗

4,

∗ [

)

,

, 1 = 138,2

• Total BHP requerido 136,7+138,2 = 275,8


34/75


• ECUACIONES COMBINADAS CON MÉTODOS GRÁFICOS.Otro método para obtener la potencia es el recomendado enel GPSA Databook con la Ecuación siguiente y las Figuras ytabla a continuación.


35/75

CURVA BHP/MMCFd

Ó


36/75

FACTORES F1 Y F2 DE CORRECCIÓNDE LA ECUACIÓN DE POTENCIA


37/75

FACTOR F3 DE CORRECCIÓN DE LAECUACIÓN DE POTENCIA

Ñ


38/75

DISEÑO DEL CILINDRO DECOMPRESIÓN

• CLEARANCEVOLUMEN =ESPACIO MUERTO:

• Es el volumen

remanente en elcilindro compresoral final del stroke ocarrear de descarga.

DISEÑO DEL CILINDRO


39/75

DISEÑO DEL CILINDRODE COMPRESIÓN

• EFICIENCIAVOLUMÉTRICA:

• Es la relación del volumenadmitido sobre eldesplazamiento del pistónen el cilindro.

Ñ


40/75


• El desplazamiento del pistón es igual al área neta multiplicadapor la longitud de barrido del pistón y por las revoluciones.

Ñ


41/75


• La capacidad efectiva puede ser calculada como el desplazamientodel pistón multiplicada por la eficiencia volumétrica.

• Para convertir a presión y temperatura de línea se usa la fórmulasiguiente.

DISEÑO DEL CILINDRO


42/75


• Al obtener la eficiencia volumétrica, el desplazamiento ideal delcilindro se determina (Qideal) y su diámetro se despejaría de laecuación 11 para cilindros de doble acción. El desplazamiento actual(Qideal) es igual a flujo actual de gas (ACFM)

CARGAS EN LAS BARRAS


43/75

CARGAS EN LAS BARRASDEL COMPRESOR

•

Los fabricantes de compresores reciprocantes, especifican sus monturas enfunción de la potencia promedio, velocidad de giro y cargas admisibles;estas cargas, corresponden a las fuerzas a compresión y tensión aplicadas.

Ó


44/75

SISTEMAS PARA LA OPERACIÓNCONTROLADA DE UN COMPRESOR ECIPROCANTE

•

Control del volumen y la presión por variación de Bolsillos(clearance pockets).

Ó


45/75

SISTEMAS PARA LA OPERACIÓNCONTROLADA DE UN COMPRESOR RECIPROCANTE

• Control del presión y flujo por regulación mediante la variaciónde válvula de succión a velocidad constante.


46/75

SISTEMAS PARA LA OPERACIÓNCONTROLADA DE UN COMPRESORRECIPROCANTE

•

Variación del flujo por control de válvula by pass a presión yvelocidad constantes.


47/75


• Variación de volumen por bloqueo de válvulas deadmisión en posición abierta a velocidad constante.


48/75


• Variación de velocidad a presión constante.


49/75

CURVA DE RENDIMIENTO DE UNCOMPRESOR RECIPROCANTE

POTENCIA REQUERIDA


50/75

POTENCIA REQUERIDAPOR EL MOTOR

• La potencia del motor será mayor a la potencia delcompresor o a la potencia que se necesita paracomprimir el flujo de gas requerido.

SIMULADOR DE COMPRESOR


51/75

SIMULADOR DE COMPRESORARIEL

ES PARA UN SOLOCOMPRESOR A LA VEZ, NO SEPUEDE CONFIGURARCOMPRESORES EN PARALELO


52/75

Ariel Calculation Method

• The Ariel Performance Software includes calculationsfor predicting the flow, power, temperatures,pressures, gas rod loads, crosshead pin load reversalsas well as other values for the predictions and

limitations of the compressor applications.

Flange Pressure Pressure Loss Not To Exceed

35 psia and below 5% 1 psi

36 psia to 250 psia 3% 5 psi

251 psia to 1000 psia 2% 10 psi

1001 psia and above 1%

Ariel includes a typical pressure loss for the interstage and final dischargepressure losses. Typical values are:


53/75

Ariel Calculation Method

• Compression ratio is the discharge pressure divided bythe suction pressure (in absolute pressure units).

• Discharge Temperature (initial estimate using flangeratio):

• Flow is a function of the piston displacement and the

volumetric efficiency


54/75

Ariel Calculation Method•

VOLUMETRIC EFFICIENCY depends upon compression ratio, cylinder clearances,gas compressibility values and the ratio of specific heats (k or N value)

• POWER is calculated through a power per unit flow equation, multiplied by the

flow. Calculated power will include the power of compression, plus mechanicalinefficiencies, plus frame friction power

CHP = Q x (IHP/MM)/ Mech Eff + Friction power.

• GAS ROD LOAD based upon internal cylinder pressures

Double Acting CylindersRLc = Ahe x Pdi - Ace x PsiRLt = Ace x Pdi - Ahe x Psi

DATOS GENERALES


55/75

DATOS GENERALES• Introducir nombre del proyecto, cliente, preguntas, comentario, aplicación del gas comprimido, la

localización fuera de costa, el país (en este caso Bolivia), las unidades para las variables, seleccioneunidades base de P y T y no se olvide la altura snm (elevación que influye en la presión donde seráinstalado el compresor).

DATOS DE SERVICIO Y NÚMERO DE


56/75

DATOS DE SERVICIO Y NÚMERO DEETAPAS

• Insertar la temperatura del ambiente donde se instalará el compresor, el flujo a alcanzar, PyT desucción, escoger pérdidas de presión en porcentaje o en presión y luego colocar el dato, P de descarga,

insertar # de etapas o mejor recomendar etapas para que se tenga el dato de potencia estimada BHP.


57/75

ANÁLISIS CROMATOGRÁFICO

REPORTE ANALISIS CROMATOGRAFICOMES: agosto-14

CAMPO: Terminal Senkata 01-ago-14 08-ago-14 15-ago-14 22-ago-14 29-ago-14 PROMEDIO

PRESION: (PSIG) 960 897 950 900 MENSUAL

TEMPERATURA: (°F) 54 53 55 55

COMPONENTES % MOL % MOL % MOL % MOL % MOL % MOL

N2 0.54 0.50 0.70 0.66 0.60

CO2 1.19 1.26 1.20 1.23 1.22

C1 92.19 92.06 92.01 92.03 92.06

C2 4.57 4.84 4.44 4.50 4.59

C3 0.95 0.88 1.03 1.00 0.97

iC4 0.11 0.09 0.12 0.12 0.11

nC4 0.28 0.23 0.30 0.28 0.27

iC5 0.06 0.05 0.06 0.06 0.06

nC5 0.06 0.05 0.07 0.06 0.06

C6 0.05 0.04 0.07 0.06 0.06

TOTAL 100.00 100.00 100.00 100.00 0.00 100.00

GRAVEDAD ESPECIFICA 0.609 0.609 0.612 0.611 0.000 0.610PODERCALORIF.SATURADO A 60°F(BTU/PC) 1,040.2 1,038.3 1,040.5 1,039.4 0.0 1,039.9

ANÁLISIS GAS


58/75

ANÁLISIS GAS• Dando clic en analysis abre una nueva ventada donde se insertará la cromatografía del

gas a comprimir, para determinar muchos de sus parámetros utilizados por el programa,

como ser su densidad relativa, su Z factor de compresibilidad, peso molecular y otros.

ENVOLVENTE DE FASE DEL GAS


59/75

ENVOLVENTE DE FASE DEL GAS• Dando clic en phase envelope, se puede apreciar la curva PT y la línea de presión

desde la succión a la descarga, en que sección de la gráfica estamos comprimiendo.

DATOS DE MONTURA Y MOTOR


60/75

DATOS DE MONTURA Y MOTOR• Dar clic en frame/cylinder data, aparece el gráfico para configurar el modelo de compresor y el motor de

accionamiento compatible a combustión interna o eléctrico.• Doble clic en no frame dentro de la caja rectangular, se abre otra ventana para seleccionar el compresor

y el motor.

DATOS DE CILINDROS


61/75

DATOS DE CILINDROS• Haciendo doble clic en los cilindros se abre la ventana cylinder selection, en la cual seleccionas

empezando primero del lado motor y los demás 4 en este caso, uno por uno los que cumplan el

flujo a comprimir, cuando queda en amarillo están los cuatro seleccionados.

Ó


62/75

CONFIGURACIÓN DE CILINDROS• Se puede hacer muchos cambios, variar espacio nocivo, hacerlo de simple o doble acción y elegir

el lado, trabar válvulas de succión o descarga, poner espaciadores a las válvulas. Haciendo doble

clic en sus nombres se puede acceder a mas opciones de cada uno. CILINDRO 1 (THROW 1)

Ó


63/75

CONFIGURACIÓN TERMINADA• Después de los pasos anteriores tenemos una configuración aceptable, aunque

quiere decir que podemos modificar todavía muchos parámetros.

ADMINISTRADOR DE CASOS


64/75

ADMINISTRADOR DE CASOS

• En case manager, administramos los casos creados para el

problema seleccionando con clic en Pkg, cada caso puede tenerdiferentes condiciones para ver las variaciones.


65/75

ADMINISTRADOR DE PAQUETE

• En Package manager, administramos los paquetes

configurados para el mismo caso, muestra la configuración delos cilindros para el primer caso creado.

PERFORMANCE


66/75

PERFORMANCE• Entrando a Performance, vemos la actuación o rendimiento de la máquina, tenemos la

posibilidad de ver un resumen del proyecto y además otras pestañas para entrar a otros sitios

que nos muestran en lista los datos calculados, los que están fuera de límite y otros.

PERFORMANCE


67/75

PERFORMANCE• Tenemos carga de tensión de la barra del cilindro por encima del límite, se

debe cambiar condiciones o configuración

GRÁFICA PV


68/75

GRÁFICA PV• Dentro de la ventana performance, ingresamos a grapsh, y se

abre una nueva ventana mostrando el diagrama PV

GRÁFICA FA


69/75

GRÁFICA FA• Cambiamos a forces se muestra una nueva gráfica, que

determina las fuerzas de la barra versus ángulo del cigüeñal.

GRÁFICA PA


70/75

GRÁFICA PA• Otra manera de analizar el comportamiento de la presión dentro de los cilindros del

compresor es respecto a la rotación que está dando el cigüeñal. Los picos de presiónse dan cuando están venciendo las válvulas de descarga.

RECONFIGURACIÓN DEL SISTEMA


71/75

RECONFIGURACIÓN DEL SISTEMA• Cambiando la presión de succión de 600 a 800 psi, se arregló el problema de alta

carga de compresión, y también cumple el flujo objetivo, veamos el informe. Se puedehacer otros cambios en la configuración de los cilindros o de las válvulas.

CAMBIA GRÁFICA P V


72/75

CAMBIA GRÁFICA P V• Aumentó el volumen de compresión dentro de los cilindros. Y

seguro han disminuido las fuerzas y presiones de las barras.

GRÁFICA PV EN EL CYL 3


73/75

GRÁFICA PV EN EL CYL 3• Válvula trabada en succión, es una técnica de control

de flujo.

COMENTARIOS FINALES


74/75

COMENTARIOS FINALES• Aparte de los mencionado, puedes explorar en los

íconos de las barras superiores, y encontrarás opcionescomo ver:

• Balance de pesos en el compresor.• Lube, la lubricación del compresor.• Valves, modelo y número de parte de las válvulas.• Check run, para ver alguna sugerencia de

funcionamiento de tu configuración.• Debemos realizar varias configuraciones y verlo

gráficamente para determinar la mejor, además esnecesario conocer lo básico de compresores instaladosen funcionamiento en nuestro sistema y de motores decombustión interna Waukesha y Caterpillar.

Í


75/75

BIBLIOGRAFÍA

• “GPSA Data Book 11th edition”, 2007

• Manual técnico de compresores ariel

• Página electronica de la compañia Ariel:http://es.arielcorp.com
http://es.arielcorp.com/http://es.arielcorp.com/http://es.arielcorp.com/

selecciÓn compresor reciprocante con software ariel.pdf

Documents