SISTEMAS DE BOMBEO EN LA INDUSTRIA PETROLERA Equipo 6 Compresores y Ventiladores

Índice 6.1 TurbocompresoresTurbocompresores I.FuncionamientoFuncionamiento II.Funcionamiento en diferentes motoresFuncionamiento en diferentes motores III.Demora de respuestaDemora de respuesta IV.VentajasVentajas 6.2 Compresores ReciprocantesCompresores Reciprocantes 6.3 VentiladoresVentiladores I.Ventiladores axialesVentiladores axiales II.Ventiladores reciprocantesVentiladores reciprocantes III.Selección de un ventiladorSelección de un ventilador IV.Ejemplo practicoEjemplo practico 6.4 Normatividad para la selección de Ventiladores y CompresoresNormatividad para la selección de Ventiladores y Compresores I.Normas para compresoresNormas para compresores II.Normas para ventiladoresNormas para ventiladores III.Normas ISO de lubricantes para ventiladoresNormas ISO de lubricantes para ventiladores

6.1 Turbocompresores  Un turbocompresor es un sistema de sobrealimentación que usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases.

Funcionamiento  Consiste en una turbina accionada por los gases de escape del motor de explosión, en cuyo eje se fija un compresor centrífugo que toma el aire a presión atmosférica después de pasar por el filtro de aire y luego lo comprime para introducirlo en los cilindros a mayor presión.

El aire entra al compresor axialmente, saliendo radialmente, con el efecto secundario negativo de un aumento de la temperatura más o menos considerable. Este efecto se contrarresta en gran medida con el intercooler. *intercooler: intercambiador (radiador) aire-aire o aire-agua que se encarga de enfriar el aire comprimido por el turbocompresor o sobrealimentador de un motor de combustión interna.

 Este aumento de la presión consigue introducir en el cilindro una mayor cantidad de oxígeno (masa) que la masa normal que el cilindro aspiraría a presión atmosférica, obteniéndose más par motor en cada carrera útil (carrera de expansión) y por lo tanto más potencia que un motor atmosférico de cilindrada equivalente, y con un incremento de consumo proporcional al aumento de masa de aire en el motor de gasolina.

Funcionamiento en Diferentes Motores  Diesel El turbocompresor está más difundido debido a que un motor diésel trabaja con exceso de aire al no haber mariposa, por una parte; esto significa que a igual cilindrada unitaria e igual régimen motor (rpm) entra mucho más aire en un cilindro diésel.

 Intercooler El aire, al ser comprimido, se calienta y pierde densidad; es decir, en un mismo volumen tenemos menos masa de aire, por lo que es capaz de quemar menos combustible y, en consecuencia, se genera menos potencia. Además, al aumentar la temperatura de admisión aumenta el peligro de detonación, picado, o autoencendido y se reduce la vida útil de muchos componentes por exceso de temperatura, y sobreesfuerzos del grupo térmico.

Para disminuir esta problemática se interpone entre el turbocompresor y la admisión un "intercambiador de calor" o "intercooler". Este sistema reduce la temperatura del aire, con lo que se aumenta la densidad de éste, y que introducimos en la cámara de combustión. Existen tres tipos de intercoolers:  Aire/aire: en estos el aire comprimido intercambia su calor con aire externo.  Aire/agua: el aire comprimido intercambia su calor con un líquido que puede ser refrigerado por un radiador.  Criogénicos: se enfría la mezcla mediante la evaporación de un gas sobre un intercambiador aire/aire.

Demora de Respuesta Un turbocompresor no funciona de igual manera en distintos regímenes de motor. A bajas revoluciones, el turbocompresor no ejerce presión porque la escasa cantidad de gases no empuja con suficiente fuerza. Distintos fabricantes de motores han diseñado soluciones a este problema:

Biturbo  Es un sistema con dos turbocompresores de distinto tamaño. A bajas revoluciones funciona solamente el pequeño, debido a su respuesta más rápida, y el grande funciona únicamente a altas revoluciones, ya que ejerce mayor presión.

Biturbo en Paralelo  Es un sistema con dos turbocompresores pequeños de idéntico tamaño. Al ser más pequeños que si fuera un turbocompresor único, tienen una menor inercia rotacional, por lo que empiezan a generar presión a revoluciones más bajas y se disminuye la demora de respuesta.

Turbocompresor Asimétrico  Consiste en poner un solo turbocompresor pequeño en una bancada (la delantera en el motor V6 colocado transversalmente) dejando la otra libre. La idea no es conseguir una gran potencia, sino que la respuesta sea rápida.

Biturbo Secuencial  Se compone de dos turbocompresores idénticos. Cuando hay poco volumen de gases de escape se envía todo este volumen a un turbocompresor, y cuando este volumen aumenta, se reparte entre los dos turbocompresores para lograr una mayor potencia y un menor tiempo de respuesta.

Ventajas  Permite aumentar la potencia de un motor existente, sin la necesidad de hacer mayores cambios.  Contribuye al rescate de la energía, ya que usa como medio propulsor los gases de escape del motor.  Añade poco volumen y peso al motor, lo que permite encajarlo a un vehículo sin modificaciones externas.  Debido a que depende de la presión entre los gases de escape y el medio ambiente se auto-ajusta a cualquier altitud sobre el nivel del mar.

6.2 Compresores Reciprocantes  Son maquinas de “desplazamiento positivo” los cuales operan mediante una reducción positiva de un cierto volumen de gas atrapado dentro del cilindro mediante un movimiento reciprocante del pistón.

 El cilindro esta provisto de válvulas las cuales operan automáticamente por diferenciales de presión al igual que válvulas de retención (Checks), para admitir y descargar gas. La válvula de admisión abre cuando el movimiento del pistón ha reducido la presión por debajo de la presión de entrada en la línea. La válvula de descarga se cierra cuando la presión acumulada en el cilindro deja de exceder la presión en la línea de descarga luego de completar el golpe de descarga, previniendo de esta manera el flujo en sentido contrario.

6.3 Ventiladores  Son las máquinas más usadas para producir el movimiento del aire en la industria. Su funcionamiento se basa en la entrega de energía mecánica al aire a través de un rotor que gira a alta velocidad y que incrementa la energía cinética del fluido, que luego se transforma parcialmente en presión estática. Se dividen en dos grandes grupos:  Ventiladores axiales  Ventiladores centrífugos.

Ventiladores Axiales En los ventiladores axiales, el movimiento del flujo a través del rotor, con álabes o palas de distintas formas, se realiza conservando la dirección del eje de éste.

Ventiladores Centrífugos  En estos ventiladores el aire ingresa en dirección paralela al eje del rotor, por la boca de aspiración, y la descarga se realiza tangencialmente al rotor, es decir que el aire cambia de dirección noventa grados (90 °)

Selección de un Ventilador  El caudal (Q) es constante si el ventilador opera a una velocidad de giro constante (rpm = cte.) y sobre un sistema que no implique cambios de resistencia (sin modificación de conductos, campanas, etc.), o sea que no es afectado por los cambios en la densidad. Funcionado el ventilador con densidades diferentes, resulta entonces que:

Ejemplo Práctico  Se desea seleccionar un ventilador para manejar un caudal de 6,5 m3/s a una presión estática de 254 mmc.H 2 O, a 200 ºC de temperatura y a una altitud de 500 metros.

Solución

6.4 Normatividad para la Selección de Compresores y Ventiladores Normas de compresores: Según las normas  IEC : 2000  ISO-917: 2000  NRF-132-PEMEX-2007  NRF-036-PEMEX 2003  NOM-001-SEDE-2005  NRF-048-PEMEX 200 Los compresores herméticos se diseñan para ser empleados en ciclos de refrigeración por compresión de vapor y se clasifican de acuerdo con la presión correspondiente a la gama de temperaturas de evaporación en la cual el compresor funciona.

NORMAS PARA VENTILADORES Las normas para fabricación, instalación, montaje, mantenimiento y operación de ventiladores buscan regular estas actividades para maximizar las características intrínsecas del equipo y aumentar la seguridad y confiabilidad de los mismos. Las normas y estándares están reguladas por diferentes entidades a nivel mundial, entre las que se destacan:  ASME (American assotiation of mechanical engineers)  ANSI (American National Standard Institute)  NAFM (National Assotiation of Fan Manufacturers)  AMCA (American Movement and Control Assotiation)  ICONTEC (Instituto Colombiano de Normas Técnicas)  UL (Underwritters Laboratories)

Normas ISO de lubricantes para compresores de aire

Conclusión  Los ventiladores son las máquinas más usadas para producir el movimiento del aire en la industria. La presión generada por los ventiladores ( Δ h) esta expresada en función del caudal (Q) y estas a su vez son proporcionales a la densidad del ambiente en que este trabajando.  Los turbocompresores son un sistema de sobrealimentación que usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases.