7.- FUNDAMENTOS DE DISEÑO DEL COMPRESOR MULTIETAPAS

Ing. Gas: Det. Capacidad del compresor Seleccionar

Diseño tipo y

Requerimientos de energía dada tamaño

Para la cantidad máxima de compresión para fase simple, f (tipo de compresor):

1. La temperatura de descarga – todos los tipos.2. La eficiencia de compresión – todos los tipos.3. Problemas de esfuerzo mecánico– todos los tipos.4. ∆presión – unidades dinámicas y la mayoría de

compresores de desplazamiento positivo.5. Razón de compresión –unidades dinámicas.6. Efecto de espaciamiento-Unidades reciprocantes.

Límites prácticos:

Limitación: contra P de fases múltiples (en series)

Multietapa requerida …OptimizaciónEJEMPLO:

Contra P eficiencia de control (problemas de esfuerzos y T+)

Por eso: SI se desea una razón de contrapresión se usa comp. Multietapas.

Enfriadores: entre etapas p/ la eficiencia de contraP y T del gas (esp. alta compresión)

c/etapa x separado ◦ ∆P y ∆T en enfriadores y tuberías◦ Condensación del vapor de agua del gas ◦ Cambios seguidos del volumen del gas

Métodos:1) Expresiones analíticas derivadas de las

relaciones básicas termodinámicas.2) Tablas de entalpia versus entropía, comúnmente

conocidas como las Cartas de Mollier para procesos de compresión isentrópica ideales.

3) Tablas empíricas “rápidas”, provistas por los manufactureros de compresores para estimaciones rápidas.

8.- MÉTODOS DE DISEÑO DE COMPRESOR

Precisión requerida Datos disponibles Seguridad (sobredimensionamiento, costos) Capacidad del sistema de flujo

La elección del método

De acuerdo a la ec. general de E:

Sin tomar en cuenta las pérdidas por fricción y los cambios de la Ec y Ep:

8.1 MÉTODO DE APROXIMACIÓN ANALÍTICA

Sustituyendo V de la ecuación:

C=ctte, Integrando la ecuación:

P lbf/ft^2…lbf/in^2 y sust. (C/P1):

De la ley de gas ideal, para una unidad de masa de gas:

Substituyendo R y Z1=1para condiciones de entrada:

Juntando las ecuaciones:

Computar poder de compresion por MMpcsd de flujode gas.

Lbm/min MMpcsd de la siguiente forma:

Además sabiendo que:

Tenemos:

En términos de la potencia ideal por MMPCSD(IHP/MMpcsd), para comprimir el gas con una razón de compresión r:

La potencia ideal requerida para comprimir un caudal de gas medido a una P y T dada:

Este análisis asume un gas ideal. La ecuación anterior es modificada empíricamente en muchas formas diferentes. Una de estas modificaciones es la siguiente:

Si qgas es medida a la T de succión, la T puede ser eliminada en la anterior ecuación.

El calor removido en los enfriadores puede ser calculado usando el calor específico promedio a presión constante:

Gráficos entalpia vs. entropía f(P, T)◦ Gases naturales GE=0,6-1,0 figuras 18-20

8.2 CARTAS DE MOLLIER

Figura 18.- Diagrama de entalpia-entropía para gravedad de un gas natural de 0,60.

Figura 19.- Diagrama entalpia-entropía para gravedad específica del gas 0.70

Figura 20.- Diagrama entalpia-entropía para gravedad específica 0.80

Figura 20.- Diagrama entalpia-entropía para una gravedad de gas natural de 0.90

Este método es bastante bueno para resolver problemas de compresión para compresores que muestran compresión isentrópica (ideal), como un compresor reciproco.

NOTA:

Una compresión isotérmica puede ser trazada siguiendo las líneas de T ctte.

En una compresión isentrópica el proceso puede ser trazado simplemente como líneas paralelas verticales ordenadas.

Para un proceso de refrigeración isobárica se siguen las líneas de P ctte, y así es como se puede representar un proceso de compresión en este diagrama.

Además se puede determinar el estado del gas (P, T, entalpía y entropía) , al principio o final de la compresión.

En el diagrama de Mollier:

Muestran el procedimiento para un proceso de etapa simple y doble.

FIGURA 21:◦ Entrada de gas comprimida isentrópicamente

desde las condiciones 1 hasta las cond 2 Punto 1 se det dando las condiciones de P y T al final

de la succión Punto 2 se conoce como radio de compresión

deseado (o P de descarga)

Las figuras 21 y 22

Figura 21.- Diagrama entalpia-entropía para una gravedad de gas natural de 1.0

FIGURA 22:◦ Muestra compresión de etapa doble entre dos

etapas y aftercooler.◦ 1-2 Compresión isentrópica en la primera etapa.◦ 2-3 gas refrigerado en el intercooler a P ctte.◦ 3-4 segunda etapa de compresión isentrópica.◦ 4-5 enfriamiento isobárico en el intercooler.

Figura 22.- Diagrama entalpia-entropía para una gravedad de gas natural de 0.70 y 10% de Nitrógeno

Al descuidar la transferencia de Calor en los equipos de compresión de gas, se pierde trabajo debido a la fricción, y la energía cinética cambia, entonces el balance de energía puede ser expresado por:

Figura 24.- Diagrama de Mollier para un sistema de compresión de etapa simple

Figura 25.- Diagrama de Mollier para una sistema de compresión de dos etapas

El poder de compresión ideal (o rata de trabajo) requerido esta dado por:

El requerimiento de poder en Btu/día puede ser convertido a HP, IHP en HP como:

Este método usado actualmente por los diseñadores

Relacionan requerimientos de compresión en HP a la aplicación de las variables de compresión.

Ventajas: ◦ fácil de usar ◦ Nos da a conocer la eficiencia y otros factores para

compresores de manera directa Solo considera las variables más importantes de

compresión. Entrega buenos resultados en comparación a

otros métodos(Es más exacto).

8.3 CARTAS EMPIRICAS