Capítulo 3. Tipos de compresores (archivo pdf, 2 mb)

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CAPITULO III

Tipos de compresores

En las industrias de procesos químicos se utilizan compresores de todos los tipos y tamaños
para aire y gases.

Algunas aplicaciones típicas son:
(cid:1) Compresores de aire para servicios e instrumentos en casi cualquier planta.
(cid:1) Sopladores sencillos en plantas de recuperación de azufre.
(cid:1) Sopladores grandes en unidades de craqueo catalítico.
(cid:1) Compresores de refrigeración de baja temperatura en unidades para etileno, polietileno, ó
p-xileno.
(cid:1) Compresores de alta presión para gas de alimentación, reforzadores y para gas recirculado
en plantas de hidrocarburos, amoniaco y síntesis de metanol.

En la fig. 25 se muestra la clasificación de los compresores:
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Compresores y
sopladores
Tipos Dinámicos Tipos de desplazamiento
positivo
Centrífugos
Flujo Radial Flujo Axial Reciprocantes Rotatorios
• Una etapa • Etapas mútiples •Enfriados por aire • Dos lóbulos
• Etapas múltiples • Etapas múltiples • Enfriados por • Tres lóbulos
• Modular con aspas de agua • De espiral(seco)
• Dividido estator variables • Una etapa • De espiral
Horizontalmente • Etapas múltiples (inundado con
• Barril • Con turbina de aceite)
• Interenfriado gas integral • Aspas
• Con turbina de • Anillo de líquido
gas separada
Fig. 25 Clasificación de compresores, 2 tomado de Claves para la selección de compresores, Richard F. Neerken

Los compresores son del tipo dinámico ó de desplazamiento positivo. Los dinámicos incluyen
centrífugos de flujo radial y axial y, en menor grado, los de emisión parcial para bajo flujo. Los
tipos de desplazamiento positivo son de dos categorias básicas: reciprocantes y rotatorios. El
compresor reciprocante tiene uno ó más cilindros en los cuales hay un pistón ó embolo de
movimiento alternativo, que desplaza un volumen positivo con cada carrera. Los rotatorios
incluyen los tipos de lóbulos, espiral, aspas ó paletas y anillo de líquido, cada uno con una
carcaza, con uno ó más elementos rotatorios que se acoplan entre sí, como los lóbulos o las
espirales, ó desplazan un volumen fijo en cada rotación, ver fig 26.
Para la compresión del gas para inyección de gas amargo se utilizará el de tipo centrífugo, por
el mínimo mantenimiento que requieren durante su funcionamiento.
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Fig. 26 Diagrama de Partes de un Compresor. Catálogo de Solar Turbines

Parámetros de diseño para el gasoducto
Uno de los parámetros que influye en el costeo de líneas de conducción de Hidrocarburos es el
espesor de la tubería, ya que este fija la cantidad total del acero a suministrarse para el ducto
submarino; para el gasoducto de este anteproyecto aplica el código ASME B31.8 el cual abarca
el diseño, fabricación, instalación, inspección, prueba y aspectos de seguridad en la operación
y mantenimiento de los sistemas de transmisión y distribución , incluyendo líneas de gas,
estaciones de compresión de gas y que incluye líneas submarinas que transportan gas .

En cuanto a los requisitos que deberá cumplir la tubería esta deberá cumplir con la norma NRF-
001 Tubería de acero para la recolección y transporte de hidrocarburos amargos.

Normatividad técnica
Las condiciones de operación con las cuales se diseña son las siguientes:
La tubería operará como gasoducto con una presión máxima de 250 kg/cm2, normal de
150kg/cm2 y mínima de 70 kg/cm2, el tipo de fluido a considerar será una mezcla de gas
amargo y una temperatura de operación máxima/normal/mínima 58/40/35 °C.
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El resto de las características de la tubería regular, ascendente, curva de expansión y sobre
cubierta serán de otro espesor por ser la parte que sufre mayores esfuerzos por el constante
oleaje y vibración.

El cálculo del espesor de pared de la tubería, es determinado analizando las diferentes
condiciones de carga a que la tubería se ve sometida, evaluando los esfuerzos generados por
la presión interna, presión hidrostática y temperatura.

Los esfuerzos actuantes en la tubería deberán mantenerse por debajo de los valores
admisibles señalados en los códigos aplicables, de acuerdo con la sección de tubería que se
analice y la condición de carga generada.

Los documentos regulatorios considerados para la determinación del espesor de pared de la
tubería son:

ANSI/ASME B.31.3 “CHEMICAL PLANT AND PETROLEUM REFINERY PIPING”

ANSI/ASME B.31.4 “LIQUID TRANSPORTATION SYSTEMS FOR HIDROCARBONS,
LIQUID PETROLEUM GAS, ANHYDROUS,AMMONIA AND
ALCOHOLS”

ANSI/ASME B.31.8 “GAS TRANSMISSION AND DISTRIBUTION PIPING SYSTEMS”

RULES FOR SUBMARINE PIPELINE SYSTEMS-DNV.

En base a las formulaciones establecidas en los códigos vigentes, se presentan a continuación
las que evalúan las condiciones críticas de esfuerzos.

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Cálculo de espesores de tubería de 16”Ø.

Espesor en línea regular

Por presión Interna (ANSI B31.8)
2St
P = FE T
D 1

P = Presión de diseño (psi).
S = Esfuerzo mínimo de fluencia del material (psi).
D = Diámetro exterior de la tubería (in)
t = Espesor de pared de la tubería (in)
F = Factor de diseño según el tipo de construcción.
Para la línea regular de 16”Ø=0.72
Para ducto ascendente y curva de expansión de 16”Ø= 0.5
E = Factor de junta longitudinal
1
T = Factor de reducción por temperatura

PD
t =
2 SFE T
1

3200 .248 × 16
t = = 0.533 "
2 × 60 ,000 × 0.8 × 1 × 1

Espesor por corrosión=0.200”

Espesor cálculo= 0.533+0.200=0.733”

Tolerancia por fabricación 8%= 0.733x1.08= 0.792”

Espesor comercial requerido=0.812”

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Espesor en curva y Ducto Ascendente.

PD
t =
2 SFE T
1

3200 .248 × 16
t = = 0.853 "
2 × 60 ,000 × 0.5 × 1 × 1

Espesor por corrosión=0.200”

Espesor cálculo= 0.853+0.200=1.053”

Tolerancia por fabricación 8%= 1.053x1.08= 1.137”

Espesor comercial requerido=1.062”

Por propagación de pandeo D.N.V.-81 B.2.

 t  2
Pp = 1.15 πS  
 D − t 

Pp= Presión de propagación de pandeo (psi)
t = Espesor de pared de la tubería(in)
D = Diámetro exterior de la tubería(in)

ρ ×
w h
Pp=PH=

PH= Presión Hidrostática (psi)

- 67 -
ρ
w
=Densidad específica del agua (lb/in3)

h = Tirante de Agua (in)

Pp = 0.037037 lb/in3 x 1367.99 in = 50.66 lb/in2

Sustituyendo en ecuación

 t  2
 
50.66 = 216,770.4
 D − t 

Despejando “t”

 D × 0.015287 
 
t =   = 0.2409in
 (1 + 0.015287 ) 

Espesor mínimo requerido por propagación de pandeo= 0.2409in

Espesor comercial por propagación de pandeo= 0.406 in

Por lo que rige el espesor por presión interna

REVISIÓN COMO TUBERÍA ENTERRADA (PARTE RECTA):

Calculo del esfuerzo equivalente

ESFUERZO DE ARO
PD
Sh =
2t

Sh = Esfuerzo de aro (psi)
P = Presión interna de diseño (psi)
D = Diámetro exterior de la tubería(in)
- 68 -
t = Espesor de la tubería (in)

3200 .248 × 16
Sh = = 31 ,529 .53
2 * 0.812

ESFUERZO LONGITUDINAL POR TEMPERATURA

α
S = E (T -T )
T 2 1

S = Esfuerzo longitudinal por temperatura (psi)
T
E = Modulo de elasticidad del acero (psi)
α
= Coeficiente de expansión térmica lineal (in/in/°F)
T = Temperatura máxima de operación (°F)
2
T = Temp. en el medio ambiente en que se instala la tubería (°F)
1

S = 29000000 * 6.5x10-6 (136.4-68) = 12,893.4 psi
T

ESFUERZO LONGITUDINAL POR PRESIÓN Y TEMPERATURA

S = S – v Sh
L T

S = Esfuerzo longitudinal por presión y temperatura (psi)
L
S = Esfuerzo longitudinal por temperatura (psi)
T
v = Relación de Poisson
Sh = Esfuerzo de aro (psi)

S = 12893.4- (0.3 x 31529.53) = 3,434.54
L

ESFUERZO CIRCUNFERENCIAL POR PRESIÓN Y TEMPERATURA

Sc = Sh + vS
T
- 69 -
Sc = Esfuerzo circunferencial por presión y temperatura (psi)
S = Esfuerzo longitudinal por temperatura (psi)
T
v = Relación de Poisson
Sh = Esfuerzo de aro (psi)

Sc = 31529.53+ (0.3*12,893.4)= 35397.55 psi

ESFUERZO EQUIVALENTE

Seq = S + Sc
L

Seq= Esfuerzo Equivalente (psi)

Seq = 3434.54 + 35397.55= 38,832.09

Seq < 0.9 S

ESFUERZO MINIMO DE FLUENCIA ESPECIFICADO

S= Esfuerzo mínimo de fluencia especificado

0.9 * 60,000 = 54,000

38,832.09 < 54,000

Se propone establecer el espesor a 0.812” para línea regular.

COMPROBACION DE ESPESOR PROPUESTO

CÁLCULO DEL ESFUERZO EQUIVALENTE
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ESFUERZO DE ARO
PD
Sh =
2t

3200 .248 × 16
Sh = = 41833
2(0.812 − 0.200 )

ESFUERZO LONGITUDINAL POR TEMPERATURA

α
S = E (T -T )
T 2 1

S = 29000000 * 6.5x10-6 (136.4-68) = 12,893.4 psi
T

ESFUERZO LONGITUDINAL POR PRESIÓN Y TEMPERATURA

S = S – v Sh
L T

SL = 12,893.4-(0.3 x 41,833.07) = 343.479
ESFUERZO CIRCUNFERENCIAL POR PRESIÓN Y TEMPERATURA

Sc = Sh x vS
T

Sc = 41,833.30+ (0.3*12893.4)= 45701.32 psi

ESFUERZO EQUIVALENTE

Seq = S + Sc
L

Seq= Esfuerzo Equivalente (psi)

Seq = 343.479 + 45,701.32 = 46044.8

Seq < 0.9 S
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