Compresor Centrifugo Trabajo Final
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Esquema Compresores 1. Compresor Centrífugo 2. Definición 3. Funcionamiento 4. Tipos de Compresores Centrífugos Componentes de un Compresor Centrífugo 1) Carcasa 2) Diafragma 3) Difusor 4) Venas Guías 5) Eje 6) Rotor 7) Impulsor 8) Pistón de balanceo 9) Sellos 10) Cojinetes 11) Acoplamientos Operación y Mantenimiento
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Esquema
Compresores
1. Compresor Centrífugo
2. Definición
3. Funcionamiento
4. Tipos de Compresores Centrífugos
Componentes de un Compresor Centrífugo
1) Carcasa
2) Diafragma
3) Difusor
4) Venas Guías
5) Eje
6) Rotor
7) Impulsor
8) Pistón de balanceo
9) Sellos
10)Cojinetes
11)Acoplamientos
Operación y Mantenimiento
a) Operación del Compresor
b) Mantenimiento del Compresor Centrífugo (multietapas)
c) Parada del Compresor
d) Reparación de Compresores centrífugos
e) Limpieza de partes y componentes de compresores centrífugos
Introducción
El siguiente trabajo de compresor centrifugo muestra los diferentes tipos de compresores
que se pueden elegir dependiendo para el uso que se requiera.
Teniendo en cuenta que por compresor se entiende como un instrumento mecánico que
reduce el volumen ocupado por un gas (aire) a través de cierta presión ejercida sobre él.
Esta presión se obtiene mediante un trabajo mecánico que reciben los elementos que
componen el compresor, para así dar cumplimiento a su funcionamiento.
Los compresores centrífugos son utilizados principalmente para aplicaciones de
compresión en campo. Todas estas aplicaciones comparten requerimientos tales como:
rendimiento eficiente, alta confiabilidad, durabilidad y facilidad de mantenimiento. La
comprensión en campo impone además requerimientos adicionales en el diseño de los
equipos.
Marca: Nuevo Pignone, Modelo CL 1009(baja) 2b L. 259?
Marca: Dreser Rand, Modelo 4 m9 (baja) y 363 (alta), tipo; centrifugo. Los compresores
centrífugos forman la familia de máquinas de compresión dinámica, en la que el medio
compresor es acelerado a alta velocidad por medio de uno o más rodetes, y la energía
cinética es convertida en presión estática. En los compresores centrífugos, el
desplazamiento del fluido es esencialmente radial. El compresor consta de uno o más
impulsores y de números de difusores, en los que el fluido se desacelera.
El fluido aspirado por el centro de una rueda giratoria, ojo del impulsor, es impulsado por
los álabes de ésta y debido a la fuerza centrífuga, hacia los canales del difusor. Después
que la energía cinética se ha convertido en presión, el fluido es conducido hacia el centro
del próximo impulsor y así sucesivamente.
Las velocidades de funcionamiento son bastante altas comparadas con otros
compresores. La gama comprendida entre 50.000 - 100.000 r.p.m. es bastante frecuente
en industrias aeronáuticas y especiales donde el peso es un factor dominante.
Los compresores centrífugos, con velocidades próximas a las 20.000 r.p.m. suele ser la
gama comercial más común, aún cuando están fabricando con velocidades un tanto
mayores.
Debido a las elevadas velocidades con que se construyen los compresores dinámicos de
tamaño medio, se utilizan cojinetes amortiguadores inclinados o abiertos en lugar de los
rodillos, que son los que se incorporan a los compresores de desplazamiento.
El caudal mínimo de un compresor centrífugo, está limitado principalmente por el flujo de
la última etapa.
Compresor Centrifugo.
Es una máquina de flujo continuo en la cual uno o más impulsores en rotación agregan
energía al gas. El flujo del gas entra en el centro del impulsor y es descargado por la
periferia del mismo a mayor velocidad y presión.
Los compresores centrífugos impulsan y comprimen los gases mediante ruedas de
paletas.
Los ventiladores son compresores centrífugos de baja presión con una rueda de paletas
de poca velocidad periférica (de 10 a 500 mm de columna de agua; tipos especiales hasta
1000 mm). Las máquinas suplantes rotativas son compresores centrífugos de gran
velocidad tangencial (120 a 300 m/seg.) y una relación de presiones por escalón p2/p1 =
1,1 a 1,7. Montando en serie hasta 12 ó 13 rotores en una caja puede alcanzarse una
presión final de » 12kg/cm2, comprimiendo aire con refrigeración repetida.
Compresores de paletas deslizantes
Este tipo de compresores consiste básicamente de una cavidad cilíndrica dentro de la
cual está ubicado en forma excéntrica un rotor con ranuras profundas, unas paletas
rectangulares se deslizan libremente dentro de las ranuras de forma que al girar el rotor la
fuerza centrifuga empuja las paletas contra la pared del cilindro. El gas al entrar, es
atrapado en los espacios que forman las paletas y la pared de la cavidad cilíndrica es
comprimida al disminuir el volumen de estos espacios durante la rotación.
Compresores de pistón líquido
El compresor rotatorio de pistón de liquido es una maquina con rotor de aletas múltiple
girando en una caja que no es redonda. La caja se llena, en parte de agua y a medida que
el rotor da vueltas, lleva el líquido con las paletas formando una serie de bolsas. Como el
liquido, alternamente sale y vuelve a las bolsas entre las paletas (dos veces por cada
revolución). A medida que el líquido sale de la bolsa la paleta se llena de aire. Cuando el
líquido vuelve a la bolsa, el aire se comprime.
Compresores de lóbulos (Rotos)
Se conocen como compresores de doble rotor o de doble impulsor aquellos que trabajan
con dos rotores acoplados, montados sobre ejes paralelos, para una misma etapa de
compresión. Una máquina de este tipo muy difundida es el compresor de lóbulos mayor
conocida como "Rotos", de gran ampliación como sobre alimentador de los motores
diese¡ o sopladores de gases a presión moderada. Los rotores, por lo general, de dos o
tres lóbulos están conectados mediante engranajes exteriores. El gas que entra al
soplador queda atrapado entre los lóbulos y la carcaza; con el movimiento de los rotores
de la máquina, por donde sale, no pudieron regresarse debido al estrecho juego existente
entre los lóbulos que se desplazan por el lado interno.
Compresores de tornillo
La compresión por rotores paralelos puede producirse también en el sentido axial con el
uso de lóbulos en espira a la manera de un tornillo sin fin. Acoplando dos rotores de este
tipo, uno convexo y otro cóncavo, y haciéndolos girar en sentidos opuestos se logra
desplazar el gas, paralelamente a los dos ejes, entre los lóbulos y la carcaza.
Las revoluciones sucesivas de los lóbulos reducen progresivamente el volumen de gas
atrapado y por consiguiente su presión, el gas así comprimido es forzado axialmente por
la rotación de los lóbulos helicoidales hasta 1ª descarga.
Principio de funcionamiento - Caudal
Los compresores rotativos pertenecen a la clase de maquinas volumétricas; por su
principio de funcionamiento son análogos a las bombas rotativas. Los mas difundidos son
los compresores rotativos de placas; últimamente hallan aplicación los cornpresores
helicoidales.
Al girar el rotor, situado excéntricarnente en el cuerpo, las placas forman espacios
cerrados, que trasladan el gas de la cavidad de aspiración a al cavidad de impulsión. Con
esto se efectúa la compresión del gas. Tal esquema del compresor, teniendo buen
equilibrio de las masas en movimiento, permito comunicar al rotor la alta frecuencia de
rotación y unir la rnaquina directamente con motor eléctrico.
Al funcionar el compresor de placas se desprende una gran cantidad de calor a causa de
la presión mayores de 1,5 el cuerpo del compresor se fabrica con enfriamiento por agua.
Los compresores de placas pueden utilizarse para aspirar gases y vapores de los
espacios con presión menor que la atmosférica. En tales casos el compresor es una
bomba de vacío. El vacío creado por las bombas de vacío de placas alcanza el95%.
El caudal del compresor de placas depende de sus dimensiones geornétricas y de la
frecuencia de rotación. Si se considera que las placas son radiales el volumen del gas
encerrado entre dos de estas donde f es la superficie máxima de la sección transversal
entre las placas, 1 la longitud de la placa.
Las piezas de trabajo principales del compresor son los visinfmes (tomillo) de perfil
especial; la disposición recíproca de los tornillos está fijada estrictamente por las ruedas
dentadas que se encuentran en engrane, encajadas sobre los arboles. El huelgo en el
engranaje en estas ruedas dentadas sincronizadas es menor que los tomillos, por lo cual
la fricción mecánica en los últimos esta excluida. El tornillo con cavidades es el órgano
distributivo del cierre, por eso la potencia transmitida por las ruedas por las ruedas
dentadas sincronizadas no es grande, por consiguiente, es pequeño su desgaste. Esta
circunstancia es muy importante debido a la necesidad de conservar huelgos suficientes
en el par de tornillos.
Regulación del caudal
De la ecuación para determinar el caudal de los compresores de rotor se ve que el caudal
es proporcional a la frecuencia de rotación del árbol del compresor. De esto se deduce el
procedimiento de regulación de Q cambiando n.
Los compresores de placas se unen con los electromotores en la mayoría de los casos
directamente y la frecuencia de rotación de estos constituyen 1540, 960, 735 rpm. Para
regular el caudal en este caso es necesario empatar entre los arboles de ¡motor y el
compresor un vareador de velocidad.
La frecuencia de rotación de los compresores helicoidales es muy alta, alcanza en el caso
de accionamiento por turbina de gas, 15000 r.p.m. Los compresores helicoidales grandes
de fabricación habitual funcionan con una frecuencia de rotación de 3000 rpm.
Para ambos tipos de compresores rotativos se emplean en los procedimientos de
regulación del caudal por estrangulación en la aspiración, el trasiego del gas comprimido
en la tubería de aspiración y las paradas periódicas.
Funcionamiento
Un compresor centrífugo eleva la presión de una gas, acelerando primero las moléculas
de gas y luego convirtiendo la velocidad de las mismas (energía cinética), en presión
(energía potencial). El gas entra al ojo (centro) del impulsor y es acelerado hacia la
periferia del mismo, a medida que este gira. Inmediatamente después, el gas entra a un
difusor donde su dirección es cambiada, causando desaceleración, lo cual convierte la
energía cinética del gas en energía potencial (presión). Si se quiere conseguir una presión
mayor, la cámara de retorno dirige el gas hacia el ojo del siguiente impulsor. El gas entra
posteriormente en un colector o voluta al terminar una etapa de compresión y el
descargado al proceso o pasa a un intercambiador de calor antes de ir a otras etapas de
compresión.
Tipo de compresores centrífugos
Maquinas de una o varias etapas tanto de impulsión directa o como de reducción de
engranes las cuales fabrican con configuraciones diferentes.
Tanto las maquinas de una sola etapa como las etapas múltiples se hacen, por lo general
de componentes estandarizados. Existen dos tipos principales de carcasa
Carcasa Partida en forma horizontal:
Carcasa partida en forma vertical (compresor tipo barril)
Ventajas
1. En el intervalo de 2.000 a 200.000 ft3/min., y según sea la relación de presión, este
compresor es económico porque se puede instalar en una sola unidad.
2. Ofrece una variación bastante amplia en el flujo con un cambio pequeño en la
carga.
3. La ausencia de piezas rozantes en la corriente de compresión permite trabajar un
largo tiempo entre intervalos de mantenimiento, siempre y cuando los sistemas
auxiliares de aceites lubricantes y aceites de sellos estén correctos.
4. Se pueden obtener grandes volúmenes en un lugar de tamaño pequeño. Esto
puede ser una ventaja cuando el terreno es muy costoso.
5. Su característica es un flujo suave y libre de pulsaciones.
Desventajas
1. Los compresores centrífugos son sensibles al peso molecular del gas que se
comprime. Los cambios imprevistos en el peso molecular pueden hacer que las
presiones de descarga sean muy altas o muy bajas.
2. Se necesitan velocidades muy altas en las puntas para producir la presión. Con la
tendencia a reducir el tamaño y a aumentar el flujo, hay que tener mucho más
cuidado al balancear los motores y con los materiales empleados en componentes
sometidos a grandes esfuerzos.
3. Un aumento pequeño en la caída de presión en el sistema de proceso puede
ocasionar reducciones muy grandes en el volumen del compresor
4. Se requiere un complicado sistema para aceite lubricante y aceite para sellos.
COMPONENTES DE UN COMPRESOR CENTRÍFUGO
1- Carcasa
2- Difusor
3- Cojinete de empuje (axial)
4- Sello Mecánico de contacto
5- Vena Guía
6- Sello laberíntico
7- Impulsor
8- Rotor ensamblado
9- Eje
10- Pistón de balance
11- Cojinete radial
12- Diafragma
13- Succión
14- Descarga
15- Proximator axial
1) Carcasa
Parte externa del compresor, normalmente fabricada mediante proceso de fundición con
mecanizado final, debido a la gran variedad de temperaturas en el cuerpo del casco o
carcasa. Estas carcasas están aseguradas por medio de pernos muy grandes a través de
secciones de bridas relativamente fuertes y macizas.
Debido a las altas temperaturas y presiones a las que son sometidas estas carcasas se
hace que sea necesaria la utilización de materiales a base de aleaciones de acero de alta
calidad y relativamente costosos en las unidades modernas. Los metales son tratados
térmicamente y sometidos a pruebas, para eliminar o minimizar las distorsiones por
temperatura, vacíos internos u otros defectos. Las carcasas de los componentes siempre
están equipados con pasos o vías de drenaje para evitar cualquier acumulación sustancial
de condensado. Los pasos de drenaje pueden ser internos entre las diferentes etapas.
Carcasa
2) Diafragma
Es un elemento estacionario entre las etapas de un grosor centrífugo. Dirige el gas desde
el difusor de una etapa hacia el impulsor de la siguiente etapa.
3) Difusor
Es el componente estacionario, a continuación del impulsor, cuya función principal es la
de reducir la alta velocidad del flujo que sale del impulsor, con el mínimo de pérdidas,
para convertir el mayor porcentaje posible de presión dinámica en más presión estática.
3.1. Tipos Principales de Difusores:
Difusor con aletas directoras
En el difusor con aletas el gas es forzado a seguir una trayectoria más corta hasta la
salida, su desaceleración es más rápida.
Difusor sin aletas
En los difusores sin aletas el gas sale con el mismo ángulo con el que abandona al
impulsor. En general, los difusores con aletas son más eficientes para flujos cercanos a
los de diseño y son más utilizados en compresores de alto rendimiento. A flujos menores
que los de diseño la perdida de presión
debida al choque del gas contra los alabes del difusor, sumada a otra perdida
desarrollada por el compresor hace que sea menor que la presión del proceso aguas
abajo, lo cual trae como resultado una operación de inestabilidad en el equipo.
4- ). Venas Guías
Dirigen el gas hacia la succión del impulsor para distribuir correctamente el flujo. También
se usan para modificar la capacidad de un impulsor, dependiendo del grado de inclinación
de las paletas. Para evitar fugas de gas entre etapas cada juego de aletas guías está
ajustada alojo del impulsor con sellos tipo laberinto.
4.1. Funcionamiento de las Venas guías
Las venas guías en un compresor multietapa están emplazadas al final del canal de
retomo del diafragma. El gas que sale del impulsor, pasa a través del canal del difusor y
en el pasaje de retomo es guiado por venas de guía al siguiente impulsor. La entrada de
las venas de guía, puede ser ajustable.
Eje
Es el elemento base de rotor y para su construcción se maquina con precisión a partir de
una pieza forjada de aleación de acero. Este diseño del eje de rotor asegura un
paralelismo máximo entre los componentes del rotor. Es normal que los impulsores y los
pistones de balance sean de un acero forjado que cumpla con las normas SAE 4330, los
de acero inoxidable están disponibles para las aplicaciones que manejan gases
corrosivos. Es común que los espaciadores del impulsor se maquinen en acero inoxidable
de la serie 400.
1- Eje 2- 1 ra. Etapa
3- 2da.Etapa 4- 3ra. Etapa
5- 4ta. Etapa 6- Pistón de Balance
7- Disco de Empuje 8- Cojinete Radial
9- Área de Sello
Eje
Etapas del Compresor
Compresor centrífugo de multietapa para gas
6-Rotor
Es el elemento rotativo principal del compresor centrífugo; está constituido por el eje,
camisa, impulsor, tambor de balance, disco de empuje y acoplamiento
La figura muestra un rotor completo en el momento en que se instala en un compresor
centrífugo dividido en forma horizontal. Todos los componentes del rotor se conectaron al
eje y el rotor debe balancearse antes de su instalación.
7- Impulsor
Es el elemento rotativo de la máquina que imparte la velocidad al gas.
La figura muestra los tres componentes del impulsor: el álabe, el disco y la cubierta. Al
girar el álabe incrementa la velocidad del gas y provoca que éste se mueva desde el ojo
de admisión del impulsor hasta la parte superior o diámetro externo.
Impulsor del Compresor
7.1. Tipos de Impulsores
El disco del impulsor o cubo está fijo al eje e impulsa al álabe. La cubierta está unidad a
los álabes y confina el gas-al área del álabe. Para tener flexibilidad y cumplir con la gran
cantidad de necesidades de proceso se emplean muchos tipos de impulsores. Entre ellos
se encuentran los impulsores cerrados que tienen un álabe montado entre el disco y la
cubierta, y la cubierta es el lado de admisión del impulsor; impulsores abiertos o
semiabiertos que, como su nombre lo indica, consisten en un disco y un álabe pero se le
ha quitado la cubierta.
Se utilizan una gran cantidad de métodos en la producción de impulsores, entre los cuales
se encuentran la construcción remachada, donde los discos y la cubierta están unidos a
los álabes por medio de remaches, construcción fundida, maquinado electrolítico, fresado
de cinco ejes y soldados.
7.2. Montaje del Impulsor
Los impulsores se montan en el eje con un ajuste por interferencia, con o sin cuñeros,
dependiendo del tamaño del bastidor. Los impulsores se balancean dinámicamente y se
operan a una velocidad excesiva, antes de ensamblarlos al rotor. Los impulsores se
montan en parejas, iniciando al centro del eje, se agregan en parejas sucesivas de
impulsores, una de cada extremo, hasta que el rotor está completo. El rotor se balancea
dinámicamente después que se le agrega cada juego de impulsores.
8-Pistón de balanceo (tambor)
Los tambores de balanceo, se emplean para modificar o ajustar el impulso axial producido
en los rotores del compresor. Es común que estos tambores se necesiten cuando todos
los impulsores se encuentran alineados en la misma dirección. En la ilustración se
muestra un tambor de balanceo montado detrás del impulsor de la última etapa.
8.1. Función del Pistón de Balanceo
El pistón de balanceo sirve para modificar el empuje axial producido por las presiones
diferenciales del gas en los compresores como puede apreciarse en la figura.
9-Sellos
Son los componentes y elementos que tienen como función evitar las fugas de gas a
través del eje hacia la atmósfera o interetapas.
9.1. Clasificación de Sellos:
Sellos Laberinto:
Los sellos de laberinto son adecuados como sellos de carcasa para los compresores que
operan a presiones moderadas. Estos sellos se encuentran disponibles compuestos para
inyectar gas inerte y/o evacuar gas de proceso, o ambas funciones según sea necesario,
dependiendo del diseño. Este tipo de sello se ha empleado por más de 25años en los
compresores de aire y de oxigeno.
Sellos Mecánicos de Contacto
Se inventó en los inicios de la década de 1950. El mayor beneficio de este tipo de sellos
es su habilidad de mantener un sello positivo cuando los sistemas del compresor y el
aceite se encuentran fuera de servicio. Los sellos mecánicos de contacto son adecuados
para presiones intermedias de 32 bar (450 psi) y son particularmente populares en
aplicaciones de refrigeración.
El diseño del sello de contacto es único ya que la condición de fuera de servicio,
proporciona una superficie de sellado por separado. Un sello de contacto estándar sería
inoperante en caso de que el anillo de carbón fallare. El diseño todavía mantendrá un
sello positivo en condiciones de pagado; en consecuencia provee un dispositivo de seguro
contra fallas.
A su vez se clasifican en sello mecánico por película de aceite y sello seco.
Sellos mecánicos por película de aceite
Se usan como sellos en los extremos del eje en los compresores centrífugos para
cualquier clase de servicios, excepto de aire. Este tipo de sellos se basa en la creación de
un flujo de aceite en dirección contraria a la trayectoria normal de un escape de gas. Esto
se logra suministrando aceite entre dos anillos de sello flotante a una presión ligeramente
mayor que la presión del gas que se va a sellar
Los espacios libres internos de los anillos de sello normalmente son de 0,0005"
(diametralmente) por pulgada de diámetro, mientras que los espacios libres de los anillos
de sello externos son ligeramente mayores. Las superficies internas de los anillos
generalmente están revestidas con metal antifricción similar al que se usa en los
cojinetes, de manera de que el anillo no sufra desgaste en caso de que entre en contacto
con la camisa del eje. El aceite de sello actúa como lubricante y si se hace funcionar la
máquina sea por pocos segundos, sin el aceite de sello, se producirá el aprisionamiento
de los anillos de los sellos.
Si existe fuga del gas a través del sello, y este es inflamable, es evidente que la atención
crítica debe darse al sistema de suministro y control del aceite de sello. La invención del
sello de película de aceite, hizo posible el uso de los compresores centrífugos en
aplicaciones de alta presión para gases peligrosos.
Beneficios del sello de película de aceite
El sello de película de aceite es sencillo en su concepto y no involucra partes
rotatorias de contacto. Esto proporciona mínimos requisitos de servicio y
mantenimiento.
Tiene gran capacidad de presión mayor que cualquier otro tipo de sello y con una
innovación continua, su capacidad puede ser casi ilimitada.
En caso de daño en los sellos anulares, el consumo de aceite se incrementará,
pero el sello se mantendrá, en la medida que exista una suficiente alimentación de
aceite, lo cual permite una operación continua del compresor.
Componentes de un sistema de sello por película de aceite
Todo sistema de aceite de sello (también, aceite de lubricación) comprende un depósito,
bombas principales y auxiliares, enfriadores de aceite paralelos y filtros paralelos como se
ilustra en la figura.
Sistemas de Lubricación de Aceite de Sellos:
La función principal de un sistema de aceite es proporcionar al equipo impulsor e
impulsado las cantidades apropiadas de aceite enfriado y filtrado en los niveles exigidos
de presión regulada. Este aceite puede emplearse con fines de lubricación, sello del eje
y/o aceite de control. El sistema de aceite está diseñado para proporcionar el aceite
necesario en todas las condiciones de operación del equipo.
1. Recipiente
de aceite
2. Bombas
de aceite
de
baja presión
3-Enfriador
dé aceite
4. Filtro propio
5. Filtro fino 6. Válvula
de
regulación
de presión
7-Válvula
reguladora
de presión
8. Válvulas
de reducción
de presión
9. Bombas de
aceite
de sello de
alta presión
10. Válvula
de rebase
11- Válvula
de control
de derivación
12. Filtro fino
13. Válvula
de
estrangulamiento
14. Tanque
elevado
15 Controlador
de nivel
16. Separador
primario
17. Separador
secundario
Sellos secos
Se basa en la tecnología de película de gas que se emplea con resultados satisfactorios
en otras aplicaciones, como en los cojinetes de aire en equipos de maquinado y medición
de alta presión. El corazón del mecanismo del sello comprende dos anillos de sello. El
anillo coincidente tiene un patrón de ranura grabado en una cara dura y gira junto con el
eje. El anillo primario tiene una cara más suave y su movimiento es restringido excepto a
lo largo del eje.
Los resortes se encuentran ubicados en forma axialmente (actuando las caras de los dos
anillos una contra la otra). Cuando el compresor se detiene y despresuriza, las fuerzas de
los resortes dan como resultado un contacto entre las caras. A medida que el compresor
se presuriza, el equilibrio de las fuerzas de presión estáticas sobre el mecanismo de sello
permite que un volumen pequeño de gas se fugue a través de las caras.
1· Respiradero 2da. Etapa
2· Sello de Gas Interior
3· Anillos Coincidente
4- Anillos Primarios
5- Respiradero 1ra. Etapa
6- Sello de Laberinto 7- Rotor
Funcionamiento de un sello seco
Cuando el compresor se encuentra en operación, la combinación de la presión del gas de
proceso (fuerzas hidrostática) y la presión de bombeo, proporcionada por las ranuras en
espiral (fuerzas hidrodinámicas), resultan en un equilibrio sin contacto de las caras del
sello. Un incremento en la holgura reduce la presión de la película de gas y la presión
hidrostática detrás de las caras tiende a reducir la holgura. La naturaleza sin contacto de
la película de sello de gas significa que casi no existe desgaste mecánico.
Un sistema de control y monitoreo asegura que los sellos tengan una fuente de gas limpio
para evitar que el gas del proceso, potencialmente sucio pueda entrar al sello, aunque
pueden emplearse otras fuentes, del gas que se proporciona al sello suele tomarse y
filtrase de la tubería de descarga del compresor. En caso de que existan líquidos
presentes, se utiliza un filtro coalescente de 0.1 Umm.
El sello de gas se monitorea a través de un pequeño medidor de flujo y se envía al
suministro de gas del sello, donde la mayoría entra a la cavidad del proceso a través de
un sello de laberinto.
10.Cojinetes
Son elementos de máquina que tienen como función soportar y posicionar los
componentes rotatorios del compresor centrífugo (radial y axialmente).
Proporcionan una fuente de información de diagnostico útil para monitorear la
condición de la máquina y la operación del sistema.
Ayuda a detectar las tendencias negativas ya tomar acciones preventivas. La
asignación de puntos establecidos de alarma y parada para estas señales
incrementan aún más la seguridad de operación y disminuye el riesgo de daños a
la máquina.
La aplicación de los cojinetes magnéticos, debe dársele una consideración
importante a las reducciones significativas en peso y espacio.
10.1. Clasificación
Cojinetes Radiales
Los cojinetes radiales, algunas veces llamados chumaceras, soportan el rotor del
compresor. La tecnología en el diseño de cojinetes se ha incrementado de manera
significativa a través de los años para satisfacer las progresivas demandas sobre el
equipo. Los compresores centrífugos originales se equipaban con cojinetes deslizantes.
Un perfeccionamiento continuo llevó al mejoramiento de la estabilidad de los rotores
ligeros que operan a velocidades altas. Este trabajo culminó con la creación de los
cojinetes radiales de almohadilla inclinada o zapatas, basculantes múltiples giratorias.
Este diseño de cojinete ha sido tan exitoso que ahora se considera como un estándar en
la industria. En los cojinetes radiales de almohadilla inclinada, la superficie de la
almohadilla en contacto con la cubierta del cojinete es radial, lo cual permite que pivotee
contra la cubierta del cojinete. A medida que la flecha gira se forma una película
hidrodinámica entre el muñón y cada almohadilla. El aceite entra en la holgura entre cada
almohadilla y el eje, lo cual aleja el borde de ataque de la almohadilla de la flecha. Debido
a que la almohadilla puede pivotear o inclinarse en su cubierta, la holgura en el borde de
salida de la almohadilla se reduce y por consiguiente, la holgura en el borde de ataque
aumenta. Esto produce una holgura en forma de cuña entre la almohadilla y el eje, esta
holgura en forma de cuña produce a su vez una presión hidrodinámica sobre el cojinete.
Las características de rigidez y amortiguamiento de los cojinetes pueden controlarse al
hacer ajustes en el diseño de las almohadillas y de la holgura del cojinete
Cojinetes Axiales (de Empuje)
En un compresor centrífugo el empuje axial se genera por el aumento de presión en los
impulsores. La mayor parte de la carga de empuje se compensa ya sea con un tambor de
balance o al colocar los impulsores en una distribución de espalda con espalda, en donde
el empuje generado por un juego de impulsores se opone al generado por el otro juego.
En cualquier caso, el cojinete de empuje absorbe la relativamente pequeña carga
residual. Así mismo, el cojinete de empuje debe diseñarse de tal manera que resista las
inversiones de carga y empuje adicionales que pueden presentarse en condiciones
normales de operación.
El ambiente de presión que rodea a cada impulsor crea una fuerza axial de desbalance en
el impulsor y por ende en el rotor. El des balance axial total en el rotor se calcula y se
compensa en principio al instalar un pistón de balance que forma parte del diseño del
compresor. Por lo general, el pistón de balance se dimensiona de tal manera que
compense en un 100%, más un 10% adicional, la fuerza de desbalace total generada por
los impulsores bajo los parámetros de operación diseñados. La carcasa absorbe el resto
de la fuerza o empuje desbalanceado resultante en el rotor, a través del cojinete de
empuje
El cojinete de empuje se compone de un disco o plato de empuje que gira con el eje y que
aplica la fuerza de empuje axial, a las zapatas basculantes (oscilatorias), placa de
nivelación y anillo base. Ver ilustración.
En el caso de que la fuerza sea bidireccional (ambos sentidos), se requieren dos cojinetes
(juego de zapata), uno en cada lado del disco o plato de empuje, en el lado activo llamado
así porque es donde ejerce la mayor fuerza de empuje axial en el momento del arranque
del compresor, y en el momento de desaceleración las fuerzas de empuje axial actúa
contra las zapatas del lado pasivo, esto contribuiría a mantener centralizado el rotor del
compresor axialmente.
Durante el funcionamiento del compresor centrífugo es necesario mantener con un nivel
de aceite lubricante (según lo especifique el fabricante), la caja donde va alojado el
cojinete de empuje; con el propósito de interponer una cuña de aceite (hidrodinámico)
recirculando, capaz de transmitir la fuerza suficiente para mantener separadas las
superficies plana del plato de empuje y de las zapatas y así se evita que nunca llegue a
existir contacto entre los dos metales.
Cojinetes magnéticos
Los cojinetes magnéticos de gas se emplean tanto en configuración radial como axial de
los compresores centrífugos, y realizan las mismas tareas que los cojinetes
hidrodinámicos. Cada cojinete individual consiste de un rotor y un estator, sensores de
posición y un sistema de control electrónico.
El rotor de un cojinete magnético radial consiste de láminas circulares aplicadas y
prensadas en un casquillo que puede ajustarse al eje del compresor.
1. Cojinete radial del rotor.
2. Sensor radial del rotor.
3. Cojinete axial del rotor.
4. Sensor axial del estator.
5. Sensor axial del rotor (flecha del extremo).
6. Cojinete axial del estator.
7. Sensor radial del estator.
8. Cojinete radial del estator.
El estator del cojinete magnético radial es similar al de un motor eléctrico, con serie de
láminas ranuradas aplicadas en la cual se devanan las bobinas de alambre. El estator se
divide por igual en cuatro cuadrantes electromagnéticos distintos, cada uno con parejas
de polos norte y sur. En aplicaciones horizontales del rotor, las líneas centrales del
cuadrante están orientadas a 45° respecto a la vertical de modo que las fuerzas debidas a
la gravedad encuentren una reacción mediante los dos cuadrantes adyacentes
superiores. Esto incrementa la capacidad de carga y la estabilidad
El rotor de un cojinete magnético axial es un disco ferromagnético sólido asegurado al eje
del compresor. El estator de un cojinete axial se fabrica con cuñas de acero sólido dentro
de las cuales se enrollan las bobinas en ranuras anulares para formar el embobinado
electromagnético. Para disminuir las pérdidas por corrientes de eddy, se colocan
laminaciones de material de alta permeabilidad entre las cuñas. Al posicionar un estator
en ambos lados del disco del rotor, se obtiene un cojinete de empuje de doble efecto.
Ventajas de los cojinetes magnéticos
Aumento de eficiencia debido a la eliminación de las perdidas cortantes parásitas
relacionadas con el sistema de aceite.
Por lo general en un paquete de compresor o de turbina de potencia, con dos
sistemas de cojinetes magnéticos, los ahorros de energía representan el 3% de la
potencia producida del paquete.
El aumento en la seguridad de la instalación debido a la eliminación del sistema de
aceite Con el propósito de disminuir los incendios de los equipos.
11.Acoplamientos
Son elementos que se utilizan para conectar (acoplar) mecánicamente (dos maquinas una
conductora y una conducida).
Los principales requisitos para los acoplamientos de alto rendimiento son una elevada
capacidad de par de torsión y alta velocidad, bajo peso y tamaño pequeño, bajo momento
flector y poco desbalanceo residual. El acoplamiento debe ser capaz de transmitir el par
de torsión de diseño del sistema a la velocidad máxima continua por periodos extensos.
Debe ser capaz de manejar transitorios de velocidad y de carga en condiciones definidas
de desalineación con reacciones mínimas sobre el sistema de transmisión.
11.1. Factores Importantes del Acoplamiento
Hay varios factores importantes, que en combinación unos con otros determinan la
especificación nominal de servicio continúo de un acoplamiento:
Velocidad de rotación: Las velocidades elevadas pueden limitar el diámetro del
acoplamiento. Este a su vez establece el diámetro de paso del diente y la carga del
diente del engrane del acoplamiento.
El par de torsión que puede transmitirse por medio de acoplamientos engranados
de un diámetro de paso y una longitud del diente dados, es una función de la
presión de contacto permisible y de la velocidad de deslizamiento relativa entre el
cubo central y el diente del casquillo.
El par de torsión que pueda transmitirse mediante acoplamientos de alto
rendimiento de disco metálico o del tipo de diafragma es una función de los
esfuerzos permisibles en los miembros sujetos a flexión.
La falta de alineación en el funcionamiento determina la velocidad de deslizamiento
relativa entre el diente del engrane, para un diámetro de paso dado, y la velocidad
de rotación. De manera similar la falta de alineación en el funcionamiento afecta los
niveles de esfuerzos en los miembros flexionantes de acoplamientos sin
lubricación.
La dureza del diente determina la presión de contacto permisible. La aleación de
acero con tratamiento térmico es adecuada para muchas aplicaciones, pero puede
obtenerse una mayor duración superficial mediante los procesos apropiados de
endurecimiento sin tomar en cuenta el tipo de acoplamiento.
Funcionamiento del Compresor Centrífugo
El tipo de fuente motriz que se emplea para los compresores centrífugos se determina en
la mayoría de los casos, por los factores económicos de la aplicación. Existen cuatro
diferentes tipos principales de fuentes motrices que se consideran como las mejores para
los compresores centrífugos:
Turbina de vapor,
Motor eléctrico
Turbina de expansión (expansor)
Turbina de combustión de gas.
La mayoría de los compresores centrífugos se construyen de manera que puedan
impulsarlos cualquiera de los cuatro tipos de fuentes motrices mencionadas. Los
principales factores que determinan la selección del tipo de equipo impulsor de máquina
conductora son los siguientes:
Requisitos de agua (consumo de vapor)
Velocidad de operación.
Control de proceso
Suministro de vapor de proceso
Costos de energía o de combustible
Confiabilidad.
Para las maquinas motoras de velocidad constante los equipos disponen venas de guías
de admisión ajustables o estrangulamiento de la succión. Así mísmo el motor eléctrico
puede emplearse en operaciones de velocidad variable si se emplean acoples hidráulicos
Y otros medios.
Curvas de Rendimiento
Las características de rendimiento de carga versus capacidad de un compresor centrífugo
típico se muestra en la siguiente ilustración El compresor centrífugo produce, dentro del
rango de operación estable, una carga relativamente constante.
Detalles Asociados a la Curva de Rendimiento
Punto de operación normal: es el punto óptimo de capacidad de carga en el cual se
espera que funciona generalmente el compresor. Por lo general se garantiza el
rendimiento del compresor en el punto de operación normal.
Oleaje: (surge) conocido también como bombeo, se refiere a la incapacidad del
compresor para mantener el incremento de la presión con caudal reducido. Al
iniciarse el oleaje, el compresor pierde de repente su capacidad de desarrollar la
presión existente en la tubería de descarga, y el gas se regresa a través del
compresor del sistema de descarga al de succión. La transferencia de masa desde
la descarga hasta la entrada baja la relación de presión a un nivel en donde el
compresor es capaz de suministrar la carga requerida nuevamente el flujo positivo
hacia adelante.
A medida que el gas se mueve desde el lado de entrada hacia el de descarga, la
relación de presión aumenta nuevamente y el caudal disminuye (siguiendo la curva
característica de carga-capacidad), volviéndose a repetir el fenómeno
La frecuencia del ciclo del oleaje está influenciada por el volumen de los sistemas
de tuberías inmediatas a las bridas del compresor, y por la rapidez de cierre de la
válvula de retención está retardada por un amortiguador, la frecuencia es baja,
p.ej.: varios ciclos por minuto.
Efectos de Bombeo
El flujo neto en dirección hacia adelante cesa o se reduce enormemente,
interfiriendo así con la operación útil de proceso.
Las fluctuaciones de presión producen inversiones de dirección del empuje
hidráulico en el rotor del compresor, las cuales pueden sobrecargar el cojinete de
empuje, hasta el extremo de fallar en algunos casos.
Las inversiones de flujo hacen que las válvulas de retención se cierran de golpe,
produciendo fuertes ruidos, vibración en la tubería y escapes 'err las bridas.
Los ciclos de oleaje pueden imponer el suficiente par motor (torque), inversión
sobre el rotor del compresor (ya que éste actúa como expansor) como para
provocar fluctuaciones abruptas de velocidad, interrumpiéndose por consiguiente el
control de velocidad y corriéndose el riesgo de dañar los acoplamientos, los
impulsores y componentes del elemento motor (por ej. Los engranajes).
Las fluctuaciones de presión de! sistema producen inestabilidad en el flujo del
sistema de proceso y en los controles de presión, lo cual puede con igual facilidad
aumentar los efectos de oleaje del compresor como atenuarlos.
Las fluctuaciones de presión hacen que las presiones del sistema de sello del eje
sean cíclicas, conduciendo algunas veces a la falla de dicho sello.
La operación sostenida bajo condiciones de oleaje puede causar fallas mayores del
compresor como consecuencia de la falla del cojinete de empuje, falla del impulsor
falla del sello, o de incendio resultante de escapes en las bridas.
En vista de que el oleaje siempre interrumpe el sistema de proceso y arriesga el
equipo a mayores daños, el mismo debe evitarse mediante la provisión de sistemas
automáticos de control de oleaje. Los sistemas de control de oleaje utilizan válvulas
de control en líneas de reciclaje para servicios de gas y en venteos atmosféricos
para el servicio de aire. El flujo se detecta con sensores, sea en la línea de entrada
o en la descarga del compresor.
El regulador comienza a abrir la válvula de reciclaje cuando el caudal baja al punto
de antí-oleaje.
Knee Región
Se denomina comúnmente "rodilla" (knee) de la curva, a la porción de ésta en que
la pendiente está cambiando rápidamente, inmediatamente antes de alcanzar la
velocidad sónica (stonewalI). La zona de la rodilla (knee) no está formalmente
definida, pero puede ser reconocida como la zona donde la pendiente de la curva
de carga fluctúa entre cerca de 0,8 y 2,0 por ciento de cambio de carga por cambio
porcentual del flujo.
La operación del compresor en la región de alto flujo, es decir cerca de la zona de
velocidad sónica es ineficiente, errática y rara vez útil. La ubicación de la rodilla
(knee) os claramente evidente en compresores utilizados para gases de alto peso
molecular (35 a 40), pero no se distingue fácilmente en la mayoría de los
compresores de aire y de gas de bajo peso molecular.
Velocidad Sónica
Stonewall: este fenómeno se refiere a la porción vertical de la curva característica
de cabezal- capacidad y define el máximo caudal que el compresor puede manejar.
Esta limitación de flujo máximo es debida a la gran turbulencia, ondas de choque y
separación de flujo que ocurren cuando la velocidad del gas (con relación a la
superficie del impulsor) se aproxima mucho a la velocidad sónica (rnach 1) en
algún punto dentro del impulsor.
Flujo del compresor que primero tiende a acercarse a la velocidad sónica (mach 1)
se encuentren el extremo frontal de los bordes de ataque de los álabes (donde
éstos se unen a la carcasa de un impulsor cerrado). Los diseñadores de
compresores normalmente limitan la velocidad del gas, con relación a la superficie
de los álabes en este lugar crítico, a menos de mach 0,85 (preferiblemente por
debajo de 0.75) al flujo nominal del compresor.
La condición de velocidad sonica resulta de una pérdida de presión en el sistema
de proceso aguas abajo del compresor. Cuando esto ocurre, el punto de operación
del compresor se mueve a los largo de la curva de rendimiento hasta alcanzar la
máxima capacidad de flujo del compresor (es decir la velocidad sonica).
Generalmente no existen razones de procesos para que un compresor opere en la
región de velocidad sonica. Esto puede ocurrir si la línea y la válvula de reciclaje
están sobredimensionadas, haciendo que se imponga una presión anormalmente
baja en la línea de descarga. Cuando se prueba un compresor con aire sin
estrangulamiento en la descarga éste operará en velocidad sónica si la boquilla de
descarga no impone una contrapresión significativa.
Estabilidad
Este término define el rango de flujo estable entre el oleaje y el flujo normal. La
estabilidad se define como el porcentaje de cambio de capacidad entre el punto normal
y el de oleaje a velocidad normal, esto es igual a 100% menos el porcentaje del caudal
de flujo normal al cual comienza cuando el flujo bajó a 70% del flujo normal, la
estabilidad sería entonces DE 30% (100%-70%). Aunque el relacionar la estabilidad con
el caudal se ajusta más a los propósitos del diseñador de proceso, la Norma API 617
define la estabilidad en términos de capacidad nominal, en lugar de capacidad normal.
Por consiguiente, el proveedor del compresor puede establecer el valor de la estabilidad
con respecto al punto de régimen (escogido por él, según la Norma API 617).
Tonrdown
Es el porcentaje de cambio en el caudal de masa entre el punto normal y el de
oleaje a un cabezal normal, el operara bajo condiciones de temperatura de
diseño de entrada y composición del gas.
Es igual a 100% menos el porcentaje de caudal de masa, al cual comienza el
oleaje en condiciones de carga normal.
Para lograr un caudal menor que el normal, pero en condiciones de cabezal
normal, es necesario o bien reducir la velocidad del compresor, o estrangular la
entrada para reducir la presión de entrada. Si se emplea el estrangulamiento a la
entrada, el "plegado" (Tumdown) es cerca de 4% a 7% mayor al que se logra con
reducción de velocidad. La norma API define el "plegado" (Turrndown) en
términos de capacidad y carga nominales en lugar de normales.
Plan de Inspección
El principal requisito para realizar un mantenimiento satisfactorio es establecer una
inspección de rutina. Algunas razones importantes para organizar el plan de inspección
son:
1- Pueden presentarse serios riesgos de seguridad por fallas parciales debidas a la
corrosión, erosión, lubricación inadecuada y objetos sólidos o "golpes" de líquidos
que entran en el compresor.
2- La eficiencia del compresor influye en forma importante sobre la capacidad de la planta.
Un mantenimiento planificado ayudará a controlar deterioros eventuales de partes
principales y auxiliares del equipo. También ayudará a mantener la eficiencia y la
confiabilidad en el funcionamiento de toda la planta.
3- Las paradas de emergencia pueden llevar a decisiones apresuradas por parte de los
operadores, causando así errores. Mientras que una previamente planeada puede
coordinarse con otros requerimientos, las paradas imprevistas, generalmente trastornan o
hasta llevan a interrumpir la operación del equipo involucrado.
4- Una operación en rangos incorrectos reviste la misma gravedad que el desgaste o la
corrosión en lo que respecta al deterioro del equipo. Son operaciones incorrectas: un
exceso de velocidad, una lubricación incorrecta, así como presiones y temperaturas
excesivas.
Al planificar una inspección, se deben considerar los siguientes factores:
Datos disponibles sobre su operación normal
Evidencia de algún inconveniente mecánico
Experiencias que se han obtenido en lo que se refiere a mantenimiento, durante los
últimos años.
Que partes o piezas mostraban síntomas de precisar un futuro reemplazo durante la
última inspección.
Inspección externa
Un plan adecuado para realizar una inspección adecuada exige que se haga una
inspección externa, durante la operación, previa a inspeccionarse de rutina. Este
procedimiento incluye lo siguiente:
Examinar la fundación, base de apoyo y pernos de anclaje para constatar si es necesario
hacer reparaciones externas o hacer un cambio de pernos.
Analizar todas las temperaturas, presiones, caudales, etc., los cuales han quedado
registrados desde la inspección anterior. La correcta interpretación de estos datos puede
ayudar a determinar que pieza o partes tienen que ser reemplazadas antes de desmontar
el compresor.
Tomar un inventario de todos los repuestos. Debe tenerse en stock un juego completo de
repuesto recomendados. Si éstos no están disponibles durante la inspección pueden
ocurrir demoras.
Verificar si hay fugas de lubricantes o de gas.
Procedimiento
Este punto se refiere acerca de los pasos que deben seguir para efectuar el
mantenimiento, las inspecciones que hay que hacer y las medidas correctivas a tomar.
Inspección de Acoplamientos:
Inspección de Desmontar, quitar el lubricante y limpiar acoplamientos
perfectamente el acoplamiento.
Inspeccionar las superficies del acoplamiento de contacto para comprobar si hay
desgaste.
Inspeccionar los acoplamientos de tipo dentado para saber si hay juego
excesivo. Si el desgaste o el juego fueran excesivos, reemplazar el acoplamiento
por otro.
Si se instala un nuevo acoplamiento, controlar si los cubos de los extremos de
los ejes se adaptan para los acoplamientos cónicos, obtener los apriete como se
específica en el manual del fabricante. Los "o" rings y los sellos deben
reemplazar por nuevos si estuvieran rotos o deteriorados. Reemplazar los "O"
ring solo por aquellos recomendados por el fabricante.
Inspección de Cojinetes Axiales
Verificar el estado y los huelgos de los cojinetes axiales.
Inspeccionar si hay ralladuras, grietas, dentaciones, y alguna evidencia de golpeteo
en el metal antifricción.
Revisar si la adherencia entre el metal antifricción y los respaldos de cojinete es
correcta.
Los cojinetes deben reemplazarse cuando los huelgos sean excesivos.
Inspección de Cojinetes de Empuje
Antes de desmontar la tapa del cojinete debe medirse el juego axial del rotor y
comparar con el recomendado por el fabricante.
Revisar las zapatas de empuje y el collar de empuje para ver si hay desgaste
excesivo, ralladuras o desgaste producido por excesiva fricción. De haber fallas cambiar
el cojinete de empuje.
Inspección del Rotor
Verificar el estado del rotor, si esta averiado alguno de sus impulsores o presenta
falla por corrosión.
Verificar si presenta deflexión. a Verificar el balanceo del rotor.
Revisar los bujes del eje y las zonas debajo de los sellos del eje para ver si hay
desgaste o corrosión.
Realizar limpieza general del rotor antes de la instalación.
Inspección de Sellos
Verificar el estado de los sellos de los ejes y sellos interetapas, midiendo sus
holguras.
Falla Causas Posibles Acción Correctiva
1. Baja Presión de Lubricante
a. Manómetros o interruptor de presión de los lubricantes defectuosos
Calibrar o cambiar
1. b. Nivel Bajo del Lubricante
Agregar Lubricante
2. c. Succión de la bomba de lubricante obstruida
Limpiar la succión de la bomba
3. d. Fugas en la tubería de la succión de la bomba lubricante
Ajustar las conexiones de la bomba con fugas
4. e. Filtro o colador del lubricante obstruido
Limpiar o cambiar el colador de aceite o los cartuchos del filtro de lubricante
5. f. Mal funcionamiento de la bomba principal y auxiliar
Reparar o cambiar las bombas
6. g. Operación a muy baja velocidad sin hacer funcionar la bomba de lubricante (si la bomba principal de lubricante es accionada por la máquina)
Aumentar la velocidad u operar la bomba auxiliar para incrementar a presión de aceite.
7. h. La válvula de alivio mal instalada o atascada
Ajustar la válvula de alivio. Reacondicionar o cambiar la válvula de alivio.
8. i. Incorrecta regulación u operación de la válvula de control de presión
Controlar la válvula de control para que este bien regulada y opere correctamente.
9. j. Fuga de Lubricante Ajustar la juntas de brida o conexiones roscadas, Cambiar las juntas defectuosas
10. k. Faltan los orificios de los cojinetes para el lubricante o están obstruidos
Controlas si los cojinetes tienen orificios y si no están obstruidos remitirse al diagrama esquemático del sistema de lubricación para ubicar los orificios
11. l. Enfriador del lubricantes obstruido o restringido, lado aceite
Limpiar o reemplazar el enfriador por otro.
2. La temperatura de drenaje del lubricante de los cojines excede a los 82 ºC (180 ºF) y/o los cojinetes presentan signos de gran desgaste
a. El o los indicadores de temperatura son defectuosos
Cambiar por otro el o los indicadores de lubricante
12. b. Caudal inadecuado del lubricante a los cojinetes
Remitirse a la Nº 1 en la columna de fallas. Si la presión es
Los sellos laberinto deben cambiarse si los huelgos son excesivos o estos se
encuentra averiados
Inspeccionar por completo los sistemas de lubricación y de sellos de lubricación
Inspección del Sistema de Lubricación
Controlar todas las válvulas de alivio, reguladores, válvulas de control, válvulas de
retención, interruptores de presión, interruptores de temperatura, termómetros,
manómetros, etc. Con el objeto de asegurar una operación correcta.
Revisar los enfriadores de lubricantes, filtros, tuberías y depósitos para saber si
están obstruidos.
Inspeccionar la bomba principal de lubricante y la auxiliar, de acuerdo a las
instrucciones del fabricante.
Examinar el lubricante para ver si contiene agua, acidez, sólidos en suspensión,
etc. Renovar el lubricante según el resultado de estos controles.
Detección Analítica de Fallas
A continuación se describen las fallas más comunes en los compresores centrífugos, las
posibles causas, sus acciones correctivas y recomendaciones.
Recomendaciones en la operación de compresores centrífugos:
Arranque del equipo
Paso Acción
1 Asegurarse si todas las válvulas, controles y dispositivos de seguridad funcionan debidamente.
2 No hacer funcionar el compresor si la inspección demuestra que el eje o los impulsores (rodetes) están excesivamente corroídos o erosionados.
3 Quitar la pintura, capas protectoras y todo material extraño de las paredes móviles.
4 Asegurarse que todo el interior del compresor y bocas de entrada a las tuberías estén libres de herramientas, trapos o cualquier material extraño.
5 Todas las tuercas y pernos deben estar adecuadamente ajustados.
6 Controlar si los acoplamientos están correctamente montados y lubricados
7 Comprobar si los acoplamientos están correctamente montados y lubricados.
8 Durante los ciclos de marcha iniciales debe instalarse un filtro cónico de malla de succión del compresor. El filtro debe construirse de modo tal que no colapse.
9 Controlar si todas las conexiones eléctricas y de tuberías están correctamente efectuadas antes de la puesta en marcha.
10 Asegurarse si las bobinas del motor están secas antes de la puesta en marcha.
11 Cargar el o los depósitos de lubricante hasta el nivel adecuado, con lubricante limpio.
12 Las consolas para lubricación están provistas de una válvula o válvulas de transferencia y una línea o líneas para equilibrio de presión para pasar de un conjunto de filtro-enfriador al otro, o viceversa. Deben seguirse los siguientes pasos para mantener el conjunto que se encuentra en reserva en condiciones para su uso inmediato.
Abrir los venteos a la atmósfera del enfriador y del filtro cuando el lubricante comience a fluir, lo cual indica que el aire ha sido completamente purgado.
Abrir la válvula de la línea de equilibrio de presión. Cerrar los venteos del enfriador y del filtro cuando el lubricante comience a fluir,
lo cual indica que el aire ha sido completamente purgado. Poner la válvula de transferencia en la posición que corresponda para el
conjunto filtro enfriador a usar. Repetir de vez en cuando los pasos del (a) al (d) para asegurar la completa
purga del aire y comprobar
13 Poner en marcha el sistema de lubricación y hacer circular el lubricante durante varias horas, controlando y corrigiendo cualquiera de las fugas.
14 Llevar la temperatura del lubricante por lo menos a 21 ºC – (70ºF) antes de poner en marcha la unidad.
15 Controlar todas las válvulas de purga para lograr una correcta operación
16 Antes de poner en marcha cualquier compresor, purgar el compresor y la tubería del compresor de cualquier líquido.
17 Comprobar si el rotor gira libremente antes de la puesta en marcha. Debe verificarse concienzudamente cualquier síntoma de endurecimiento o fricción previo a la puesta en marcha de la unidad. El endurecimiento indica la necesitad de controlar los sellos y cojinetes del eje y de volver a controlar el huelgo de los impulsores.
18 Si esta instalado un controlador automático de presión o de volumen, no debe hacerse funcionar durante la puesta en marcha inicial. El controlador debe usarse después que el funcionamiento general de la máquina haya sido considerado satisfactorio.
19 Leer y seguir cuidadosamente las instrucciones de la máquina accionadora.
20 Si se produjera fricción, detener inmediatamente y corregir la causa.
21 Si hay vibración pronunciada o un ruido inusual, detener inmediatamente e investigar. Corregir la causa.
22 Si hay estabilidad o bombeo no operar el compresor, particularmente a la velocidad de diseño.
23 Para compresores con depósito para purga continua de lubricante contaminado, es preciso antes de la puesta en marcha inicial, y todas las puestas en marcha subsiguientes, controlar el nivel de lubricante en los depósitos de purga.
Precaución Antes de la puesta en marcha inicial el compresor y su accionador no han sido fijados a las placas de apoyo o base metálica. En esta situación el equipo no debe quedar sin atención durante la operación.
Arranque inicial del equipo según el tipo de maquina motriz
Después de haber funcionado el compresor durante varias horas y habiendo alcanzado
las temperaturas de operación tiene que efectuarse un alineado final. Este control indicará
cualquier ajuste final necesario para que el compresor y el accionador queden dentro de
los limites bajo las condiciones de operación.
Para volver a controlar el alineado se debe proceder como lo recomienda el fabricante.
La experiencia indica que los estándares de vibración, como se tabula a continuación,
ayudará a efectuar una operación prolongada y sin inconvenientes.
Velocidad prefijada o continua máxima - RPM.
Vibración máxima en mils (milesimas de pulgada) y en mm Cresta a cresta incluida
*excentricidad.
Para determinar límites de alarma y detención: sumar 0,051 mm. (2 mils) a las lecturas
anteriores para alarma y 0.070 mm (3 mils) para detención.
Nota: Los límites para ejes se basan en lecturas del eje en un punto adyacente al
correspondiente cojinete y se aplican solamente para el rango de velocidad de operación.
*Los ejes pueden tener excentricidad mecánica y/o eléctrica de 0,013 mm (0,5 mils). Las
lecturas deben ajustarse en concordancia.
A continuación se presenta una serie de pasos para ejecutar el arranque posterior de un
compresor centrífugo:
PARADA DEL COMPRESOR
Generalidades
Detener el compresor puede requerir especiales precauciones, dependiendo de su
aplicación particular. Las siguientes precauciones generales se aplican a todas las
instalaciones:
1. Detener el accionador (motor o turbina) de acuerdo a las instrucciones del
fabricante
2. Dejar que funcione la bomba auxiliar de lubricante hasta que los cojinetes hayan
alcanzado la temperatura del lubricante a la salida del enfriador.
3. Cerrar la succión del compresor y la válvula de descarga [(si la hubiera).
4. Abrir las purgas del compresor y purgar cualquier liquido que existiera.
Nota: Si al purgar el compresor, se observa a la salida una cantidad excesiva, éste debe
analizarse para conocer su origen. Inmediatamente hay que tomar medidas para evitar
que entre líquido al compresor.
Inestabilidad Operacional del Compresor
Durante la puesta en marcha, o durante la operación continua, una variación en la
resistencia del sistema o un aumento de presión en el mismo puede forzar al compresor a
una operación inestable. Esto ocasiona un "bombeo" o inestabilidad. El bombeo o
inestabilidad es una característica normal en los compresores centrífugos, la cual se
produce cuando el flujo a través de una etapa o etapas es estrangulado, en la entrada o
en la descarga, más allá de un punto dado o estrictamente cuando se excede la relación
de compresión de diseño a través del compresor.
A! reducirse el ángulo y velocidad del flujo al pasar por los difusores radiales, la presión
dinámica resultante decae hasta un punto donde la presión estática ya no se mantiene en
equilibrio y el flujo se invierte repentinamente. Según el volumen de la tubería de
descarga, el tamaño y la velocidad del compresor, el curso normal de flujo se restablece
rápidamente y la secuencia se repite hasta que el inconveniente se corrige finalmente.
Para eliminar el bombeo o inestabilidad, a menudo es necesario cambiar
considerablemente la regulación de las válvulas antes de que se detenga la pulsación. La
operación por debajo de este punto debe evitarse siempre a no ser que sea parte de una
puesta en marcha normal para compresores accionados por motor, o uno de los medios
de descarga temporariamente del compresor accionado por turbina para controlar el
sistema de detención. Hacer funcionar un compresor con flujos inferiores al de bombeo o
inestabilidad causará averías debidas al recalentamiento.
Debe evitarse la operación cuando hay bombeo o inestabilidad a gran velocidad y a alta
densidad en la entrada. Por lo tanto si existiera bombeo o inestabilidad no pudiendo ser
inmediatamente corregida abriendo la válvula de reciclaje o antibombeo (si existe) debe
rápidamente hacerse lo siguiente:
Mantenimiento Preventivo
Debe organizarse un mantenimiento preventivo sistemático y programas de inspección.
Estos son se sugieren para asegurar una operación continua sin tener que realizar
excesivas detenciones y reparaciones.
Diariamente
1. Inspeccionar para comprobar si hay fugas de lubricante, agua o gas. Si las fugas no
pueden corregirse durante la operación, es necesario planear corregirlas durante la
siguiente parada. Si se presentan fugas considerables, detener el compresor y corregir.
2. - Escuchar para detectar la existencia de ruidos inusuales o fricción. Estar alerta para
controlar si los niveles de vibración son inusuales o aumentan. Si lo fueran detener el
compresor y corregir.
3. Controlar la operación de todo el sistema de lubricación.
4. Controlar la operación de todo el sistema de lubricación.
4.1. Inspeccionar si los termómetros y manómetros están limpios y en buen estado y si
funcionan correctamente.
4.2. El suministro de lubricante a los cojinetes debe concordar con el valor de diseño
4.3. El aceite que sale del enfriador de lubricante (suministro a cojinetes) debe
mantenerse de 40°C (l15°F) a 52°C (I25°F).
4.4. Las temperaturas de descarga de aceite de los cojinetes debe estar a 65°C (l50°F) y
nunca debe exceder los 82°C (l80°F).
4.5. El aumento de temperatura del lubricante a los cojinetes no debe exceder los 22°C
(40°F).
4.6. Si se instalan visores para controlar el flujo del lubricante, comprobar si están limpios
y observar la circulación y estado del lubricante.
4.7. Si se instala un filtro o colador, controlar si la presión cae excesivamente. Cambiar y
limpiar el filtro o colador de ser necesario.
5. Llevar anotaciones precisas de las condiciones de operación y mecánicas a intervalos
regulares. Estas anotaciones serán de ayuda para determinar cuando es necesario
detener el compresor para inspeccionarlo, repararlo y que zonas requieren especial
atención.
Semanalmente
1. Verificar semanalmente el lubricante sí el lubricante muestra señales de emulsificación
y constatar su estado general. Renovar y cambiar el lubricante si fuera necesario. De ser
posible, realizar este control después que le compresor haya estado detenido durante dos
horas, por lo menos.
2. Poner en funcionamiento la bomba de pre-Iubricación para inundar los cojinetes.
Nota: Primero comprobar si el lubricante está en buen estado, sin agua u otros
contaminantes.
3. Girar el rotor del compresor, de ser posible haciendo funcionar la o las bombas de
lubricante. Asegurase que el rotor gira libremente, sin signos de endurecimiento, fricción o
ruidos. Corregir los problemas si se presentarán.
Trimestralmente
1. Controlar el lubricante del acoplamiento para comprobar si se mantiene el nivel del
lubricante y si está libre de contaminantes.
2. Controlar si las superficies de contacto del acoplamiento están desgastadas.
Comprobar si los acoplamientos-del tipo dentado tienen mucho juego. Cualquier cambio
en el alineado del acoplamiento también puede advertirse comparado con lecturas
tomadas previamente.
3. Verificar juego axial del cojinete de empuje
4. Renovar el lubricante y limpiar el depósito de lubricantes si fuera necesario.
REPARACIÓN DE COMPRESORES CENTRÍFUGOS
Procedimiento
A continuación se detallan los pasos a seguir para realizar la reparación de un compresor
centrífugo:
LIMPIEZA DE PARTES Y COMPONENTES CENTRÍFUGOS
A continuación se detallan los pasos a seguir para realizar una limpieza de las partes y
componentes de un compresor centrífugo:
EFICIENCIA POLITROPICA Según Eastop y Mc. Conkey (1) y Mattingly (4), la eficiencia politrópica de un
proceso de expansión o compresión es la eficiencia isentrópica de una etapa
infinitamente pequeña y puede definirse como:
La eficiencia politrópica también puede escribirse como:
Proceso de expansión en el diagrama h-s. Igualmente para un proceso de compresión la eficiencia politrópica es:
ó
Proceso de compresión en el diagrama h-s.
Haciendo el mismo análisis para un proceso de compresión se puede demostrar que:
De manera similar para un proceso de compresión:
Eficiencia de una Etapa del Compresor Debido a la fricción que ocurre entre el fluido y las superficies de los álabes y entre las propias capas del fluido, se producen algunas pérdidas de energía que ocasionan que el proceso de compresión sea irreversible y adiabático. Para superar estas pérdidas y llevar el fluido a una entropía mayor a la requerida en un proceso ideal, se requiere un mayor trabajo del compresor.
Diagrama T-s en el que se representa el proceso de compresión condiciones ideales y reales.
Para determinar que porcentaje de la energía suministrada por el compresor es utilizada en elevar la presión del fluido de (P1 ) a (P2 ), normalmente se consideran la eficiencia de la etapa y la eficiencia politrópica.
Para gas ideal, la eficiencia de la etapa puede escribirse como:
Conclusión
Los compresores centrífugos consiguen un rendimiento muy alto, y tienen muchas
ventajas frente a otros sistemas de sobrealimentación, que podríamos resumir en los
siguientes puntos:
El compresor centrífugo no necesita circuito auxiliar de enfriamiento de aceite. Este tipo
de compresor resulta más silencioso en el funcionamiento que los compresores
volumétricos y su mantenimiento es prácticamente nulo.
El uso de compresores centrífugos, permite la realización de kits de sobrealimentación
muy compactos, con un alto grado de eficiencia, ya que no recalientan el aire aspirado, a
diferencia de los turbos y de los compresores volumétricos. Gracias a que la temperatura
del aire de aspiración no aumenta considerablemente, no se hace necesario el montaje de
un intercooler.
Si se observan las curvas de rendimiento obtenidas en banco de potencia tras la
preparación, lo primero que salta a la vista es la extraordinaria curva de par, que se
mantiene estable y a unos valores muy altos en la mayor parte de zona de utilización del
motor. La curva de potencia muestra una extraordinaria progresividad hasta alcanzar la
potencia máxima (por encima de la anunciada) en el entorno de las 6500 rpm.
Los kits están compuestos por el compresor, los soportes del mismo, todas las tuberías
de presión, las de vacío (incluido un nuevo filtro de admisión), las correas para el
movimiento del compresor, una nueva Eprom y la tortillería necesaria. El tiempo de
montaje es de unas 5 horas y no requiere herramientas especiales.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
´´Aldea Centro Petrolero.
Integrante:
Yamir Corro
