TRABAJO COMPRESORES
JOSE IGNACIO BARRERO GERARDO ZAMBRANO ÁLVARO ANDRÉS RODRÍGUEZ
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA NEIVA, HUILA 2014
PROBLEMA 1
Se tiene proyectado instalar una estación compresora como refuerzo (booster), para ampliar la capacidad de transporte de un gasoducto. La cantidad de gas por comprimir será de 200 MPCBD (millones de pies cúbicos por día, medidos en condiciones base), desde 600 psig hasta 1200 psig. La temperatura de succión será 100 F y la presión y temperatura base contractuales son 14.65 psia y 60 F respectivamente. La planta compresora se instalara en un sitio localizado a 200 metros sobre el nivel del mar. Se trabajara con la composición del gas utilizado para el cálculo de propiedades física del gas correspondiente a nuestro grupo de trabajo.
COMPONENTE Metano Etano Propano n-Butano n-Pentano Nitrógeno Dioxido de Carbono Sulfuro de hidrógeno
PORCENTAJE MOLAR 80.7 10.1 4.5 1.1 0.5 0.6 1 1.5
100
Se desea saber qué tipo de compresor sería recomendable utilizar en esta aplicación, para cada una de las 2 siguientes opciones de instalación. a. 2 compresores, cada uno con una capacidad del 100%, para que uno opere y el otro se encuentre disponible (stand-by) b. 3 compresores, cada uno de ellos con una capacidad del 50%, para que 2 operen y el 3 se encuentre disponible (stand-by)
PROBLEMA 1
Se tiene proyectado instalar una estación compresora como refuerzo (booster), para ampliar la capacidad de transporte de un gasoducto. La cantidad de gas por comprimir será de 200 MPCBD (millones de pies cúbicos por día, medidos en condiciones base), desde 600 psig hasta 1200 psig. La temperatura de succión será 100 F y la presión y temperatura base contractuales son 14.65 psia y 60 F respectivamente. La planta compresora se instalara en un sitio localizado a 200 metros sobre el nivel del mar. Se trabajara con la composición del gas utilizado para el cálculo de propiedades física del gas correspondiente a nuestro grupo de trabajo.
COMPONENTE Metano Etano Propano n-Butano n-Pentano Nitrógeno Dioxido de Carbono Sulfuro de hidrógeno
PORCENTAJE MOLAR 80.7 10.1 4.5 1.1 0.5 0.6 1 1.5
100
Se desea saber qué tipo de compresor sería recomendable utilizar en esta aplicación, para cada una de las 2 siguientes opciones de instalación. a. 2 compresores, cada uno con una capacidad del 100%, para que uno opere y el otro se encuentre disponible (stand-by) b. 3 compresores, cada uno de ellos con una capacidad del 50%, para que 2 operen y el 3 se encuentre disponible (stand-by)
Datos Caudal Presión 1 Presión 2 T Succión T Base Presión Base H
Campo 200 MPCBD 600 Psig 1200 Psig 100 ºF 60 ºF 14.65 Psia 200 M
Unidades Interes 200 614.3517 1214.3517 559.67 519.67 14.65 656.168 6 56.168
MPCBD Psia Psia ºR ºR Psia Ft
Calculo de la presión atmosférica a 200 2 00 m.s.n.m.
= .. .×−. = .. .×−.. = .
Reemplazando
Se realiza el cálculo de la capacidad efectiva para poder determinar que compresor se debe utilizar
= (() () () × × Para el cálculo de Zs necesitamos conocer las propiedades Críticas del gas, entonces
COMP.
FRACCION
C1 C2 C3 n-C4 n-C5 N2 CO2 H2S
0.8070 0.1010 0.0450 0.0110 0.0050 0.0060 0.0100 0.0150
Pc, psia 667 706.6 615.5 550.9 488.8 492.5 1070 1306.5 sPc =
Pc*Yi
Tc, °F
Tc, °R
Tc*Yi
538.269 71.3666 27.6975 6.0599 2.444 2.955 10.7 19.5975 679.0895
116.66 89.92 205.92 305.55 385.8 232.53 87.76 212.81
343.01 549.59 665.59 765.22 845.47 227.14 547.43 672.48 sTc =
276.809 55.509 29.952 8.417 4.227 1.363 5.474 10.087 391.838
Calculamos Zs, sabiendo que sPc= 679.0895psia y sTc= 391.838 R
= = 391.559.86387 = 1.4283 = = 614.679.30517895 = 0.9047 3 . 5 2 0 . 2 74 = 1 10. + 10. 3. 5 20. 9 047 0. 2 740. 9 047 = 1 10.. + 10.. = 0.8890 = = 391.519.86387 = 1.3262 = = 679.14.068955 = 0.0216 = 1(2.6+8.7 ) 0216 ln1.3262) = 0.9969 = 1(2.6+8. 71.30.262
Aplicamos la correlación de Papay
Ahora calculamos Zb
Utilizando la correlación de Guiber tenemos
Reemplazando en la ecuación de capacidad efectiva obtenemos
= 200(614. 14.365175 )(559.519.6677)(0.0.89890969)×694.444 = 3180.85 3/ De la fig. 13-3 con Pd e ICFM leeremos seleccionaremos el tipo de compresor C entrifug o Multi-Etapas
a. realizamos el cálculo de la capacidad efectiva para determinar el tipo de compresor a utilizar.
= ()()()×. Como la capacidad en este caso debe ser del 50% para cada compresor reemplazamos en la ecuación 100 MMscfd
= 100(614. 14.365175 )(559.519.6677)(0.0.89890969)×694.444 = 1590.422 3/
Dela fig. 13-3 el compresor puede ser de 2 tipos : Un reciprocante multi-etapas o un centrífug o multi-etapas
ETAPAS DE COMRESIÓN Ahora para ambos casos determinamos el número de etapas de compresión
Relación de compresión
= = 1614.214.33517517 = 1.9766
Al observar que la relación de la primera etapa es < 4 se puede considerar el proceso como de una sola etapa. Sin embargo para mayor seguridad se debe calcular la temperatura de descarga, cuyo criterio definirá el número de etapas.
La figura 13-9 indica que para una
= 1.9766
se necesita una etapa de compresión
TEMPERATURA DE DESCARGA
= −/
Como no conocemos la constante K debemos suponer una Td e iterar hasta encontrar el valor Suponemos una Td= 300 F = 759.67 °R Calculamos Tpromedio
3 00 +100 = + = 2 2 = 200
Con la tabla 13-6 obtenemos Cp para los componentes del gas Componente Normalizada Cp(200F) C1 0.8070 9.28
YiCpi 7.489
C2
0.1010
14.63
1.478
C3
0.0450
20.89
0.940
n-C4
0.0110
27.55
0.303
n-C5
0.0050
33.29
0.166
N2
0.0060
6.97
0.042
CO2
0.0100
9.56
0.096
H2S
0.0150
8.36
0.125
Total
100
Cp
10.639
Cp (200 F)= 10.639 BTU/ Lb-mol R Con este valor calculamos K
= = = . = 10. 610.391.639986 = 1.2295 . − . = 559.67(1.9766 ) = 635.58 = 175.91 °
Calculamos Td
Asumiendo que la temperatura calculada es las real, comparamos con la temperatura supuesta y se calcula el porcentaje de error.
6 7 % = (|635.7635.8759. 78 |) ∗100 = 19.52%
Con esta temperatura obtenida calculamos de nuevo Tpromedio y realizamos el procedimiento anteriormente descrito, obteniendo los siguientes resultados.
TABLA DE RESULTADOS T2 supuesta(°F) 300 175.91
Tpromedio (°F) 200 137.955
Cp(gas)
k
T2 R
T2(F)
% error
10.6390 10.4248
1.2295 1.2353
635.58 637.23
175.91 177.56
19.52 0.259
Finalmente determinamos que Td= 177.56 °F Como la T < 300 °F sé confirma que en el proceso solo se requiere una sola etapa.
PROBLEMA 2
Se requiere comprimir 28 MPCBD de gas natural, desde una presión de 300 psig y una temperatura de 100 F hasta una presión de 800 psig.
El gas con el que se trabajara es el utilizado para nuestro grupo con una gravedad específica de 0.6903 Presión base= 14.65 psia Temperatura base= 60 F Presión atmosférica del sitio= 14.523 psia Zb= ? Factor de compresibilidad del gas a 14.4 psia y T de sución Zfs=? ¿Cuánta potencia determinada de una forma rápida y aproximada, se necesita para esta aplicación? 1. primero calculamos el Z a cond. Base Se calcula Zb, sabiendo que sPc= 679.0895psia y sTc= 391.838 R
= = 391.519.86387 = 1.3262 = = 679.14.068955 = 0.0216 = 1(2.6+8.7 ) = 1(2.6+8. 71.0.32620213 ln1.3262) = 0.9969
Se aplica la correlación de Guiber
Calculamos el Z a presión de 14.4 y T de succión Se calcula Z, sabiendo que sPc= 679.0895psia y sTc= 391.838 R
= = 391.559.86387 = 1.4283
= = 679.14.08954 = 0.0212 = 1(2.6+8.7 ) = 1(2.6+8. 71.0.41620209 ln1.4162) = 0.9976
Se aplica la correlación de Guiber
Se calcula el peso molecular del gas
= ∗ ().. = 0.6093∗28.9586(0.0.99992969).. = .
Desarrollando la ecuación se obtiene:
Se calcula la relación de compresión
= = 314.814.552323 = 2.5897
Se supone una Td= 300 F = 759.67 °R Calculamos Tpromedio
3 00 +100 = + = 2 2 = 200
Con los datos de peso molecular y Tpromedio, nos dirigimos a la gráfica 13-8 del GPSA donde K se obtiene como un valor aproximado, para luego calcular la Td requerida. Lectura K= 1.25
Se calcula la Td
= −/ . − . = 559.67(2.=5217.89732 ° ) = 676.99
Asumiendo que la temperatura calculada es las real, comparamos con la temperatura supuesta y se calcula el porcentaje de error.
6 7 % = (|676.9676.9759. 99 |) ∗100 = 11.77 %
Se asume la temperatura calculada como la supuesta hasta que el % error < 1%
T2 supuesta(°F) 300 217.32 222.24
Tpromedio (°F) 200 158.66 161.12
K (leído) 1.250 1.262 1.260
T2 (°R) calculada 676.99 681.91 681.09
T2°(F) calculada 217.32 222.24 221.42
% error 11.77 2.21 0.37
Con la relación total de compresión y k obtenemos el caballaje de la fig. 13-9 del GPSA
Potencia= 60 hp/ MMscfd(P= 14.4 psia y Ts) Calculamos los MMsfcd (P= 14.4 psia y Ts)
= . = (.)()( ) MMscfdP = 14.4 psia y Ts = 28(14.14.645 ) (559.519.6677)(0.0.99976969) = 30.700
Potencia total del freno
= × P = 14.4 psia y Ts = 60×30.700 =
PROBLEMA 3 Un cliente desea instalar dos compresores, cada uno de ellos con una capacidad de 1200 m3/hr (medidos en condiciones base), que succionan el gas natural a una presión de 60 psig y lo descarguen a una presión de 3100 psig en un sitio que se encuentra a 110.5 msnm. La temperatura a la que se succionará el gas de 41.0 °C (igual a la máxima temperatura ambiente). Se utilizara la composición del gas Petrocol: Form. Molec.
Composicion % (Yi)
C1
80.7
C2
10.1
C3
4.5
i-C4
0
n-C4
1.1
i-C5
0
n-C5
0.5
C6
0
N2
0.6
CO2
1
H2S
1.5
TOTAL
100
La presión base es 14.65 psia y la temperatura base es 60 °F. El cliente requiere que lo asesoremos, dándole un estimativo anticipado de: 1. 2. 3. 4. 5.
¿Qué tipo de compresor debe comprar e instalar (reciprocante o centrífugo)? El número de etapas de compresión. La presión de descarga en cada etapa. La temperatura de descarga en cada etapa La potencia requerida para accionar el compresor (supongamos que E=0.82)
6. Si se utiliza un motor a gas, en lugar de un motor eléctrico, ¿Cuáles serían los requerimientos de combustible, considerando un consumo especifico de 9700 BTU/(HP.hr)? 7. Si el compresor fuese a succionar el gas a 30 psig y a descargarlo a 3650 psig, ¿cuántas etapas de compresión se necesitarían?
SOLUCIÓN
Calculo de la presión atmosférica:
= . ∗.∗−∗. = . ∗.∗−∗.. = .
Reemplazando
1. Se realiza el cálculo de capacidad efectiva para determinar el tipo de compresor a utilizar. Pasamos de condiciones base a condiciones de succión:
= ()()()× ×
Se calcula el Zs, sabiendo que: sPc = 679.089 psia sTc = 391.838 °K
= = 391.565.84387 = 1.4431 = = 679.74.500589 = 0.1097 = 1(2.6+8.7 + ) = 1(2.6+8. 71.0.44311097 ln1.4431) = 0.9881
Se aplica la correlación de Guiber
Ahora se calcula Zb a cond. Base
= = 391.519.86387 = 1.3262 = = 679.14.06895 = 0.0216 = 1(2.6+8.7 ) 0216 ln1.3262) = 0.9969 = 1(2.6+8. 71.0.3262 = .∗ (. .) ∗ .í ∗ ∗ ∗(.)(.)(.)×. = . /
Utilizando la correlación de Guiber tenemos
Reemplazando en la ecuación de capacidad efectiva obtenemos
De la fig. 13-3 del GPSA, se lee el tipo de compresor: RECIPROCANTE MULTIETAPAS.
2. Etapas de compresión
Hallando la relación de compresión:
= = 3114.74.55049049 = 41.8027
Debido a que r > 4, se necesita más de una etapa de compresión; por esta razón se utiliza la siguiente ecuación para determinar el número de etapas y el r t de cada una de las etapas.
= # 41.8027 = 6.4655 =√ =√ 41.8027 = 3.4706
Esto indica que se necesitan 3 etapas de compresión. Sin embargo es indispensable el cálculo de la temperatura de descarga, ya que en últimas este es el indicador real del número de etapas de un compresor. La temperatura debe ser menor a 300 °F. 3. Presión de Descarga (Para cada etapa) PRIMERA ETAPA
= ∗ = . ∗. = .
SEGUNDA ETAPA Se calcula Pd teniendo en cuenta que hay una caída de presión de 5 psi debido a tuberías y válvulas (según el GPSA). Entonces:
TERCERA ETAPA
= 258.585 = 253.58 = 3114.253.550498 = √ 12.2823 = 3.5046 = 253.58∗3.5046 = 888.69 = 888.695 = 883.69
= 3114.883.560499 = 3.5244 = 883.69∗3.5046 = 3114.51 ETAPA
Pd 258.58 888.69 3114.51
1 2 3
r etapa 3.4706 3.5046 3.5244
4. Temperatura de Descarga
= (−) ETAPA 1 Para calcular Td suponemos una (MENOR A 300°F), y determinamos el calor específico del gas Petrocol a T prom. Para calcular la constante K y hallar la Td 2 que se comparara con la supuesta en un proceso iterativo. Se supone una Td= 250 °F Se tiene en cuenta la Ts = 41°C = 105.8 °F
8 ° = +2 = 250 ° +105. 2 = 177.9 °
Se calcula T promedio
Con la tabla proporcionada en el GPSA (13-6) Hallamos el Cp para el gas a 177.9 °F: Componentes Metano Etano Propano Iso-Butano N-Butano Iso-Pentano N-Pentano Hexano Nitrogeno
Composicion (Yi)
Yi*Cpi
9.13414
0.807
7.37125098
14.2543
0.101
1.4396843
20.28446
0.045
0.9128007
26.78556
0
0
26.78092
0.011
0.29459012
32.89318
0
0
33.04854
0.005
0.1652427
39.33616
0
0
6.96558
0.006
0.04179348
Cp(BTU/lb-mol R)
Dioxido de Carbono Acido Sulfurico
9.44066
0.01
0.0944066
8.32022
0.015
0.1248033
10.4445722
Cp (177.9 F)= 10.4446 BTU/ Lb-mol R Con este valor se calcula K:
= = = 1.986 4446986 = 1.23 = 10. 410.4461.
Se calcula Td:
. − . = 565.47(3.4706 ) = 713.2 = 253.5 ° Comparando esta temperatura con la supuesta
% = (|253.253.5250 5 |)∗100 = 1.2%
Como el error es muy bajo no hay necesidad de volver a calcular el valor de K. De este modo la temperatura de descarga para la PRIMERA etapa es de 253.5 °F. En Resumen: r
T2(supuesta)
Tpromedio
Cp
K
T2 R
T2 (F)
%error
3.47057413
250
177.9
10.4445
1.23
713.2
253.5
1.2
ETAPA 2 Se supone una Td= 250 °F Se calcula T promedio
= +2
Para Ts: Como internamente, el compresor tiene un sistema de enfriamiento para que la temperatura de succión en cada etapa sea casi igual a la de succión inicial la Ts en cada etapa = Ts+10°F).
8 = +2 = 250+115. 2 = 182.9 °
Obteniendo el Cp del gas por medio de la tabla 13-6: Componentes
Fraccion Molar
Yi*Cpi
9.16714
0.807
7.39788198
14.3393
0.101
1.4482693
20.42146
0.045
0.9189657
26.96756
0
0
26.95492
0.011
0.29650412
33.11418
0
0
33.26154
0.005
0.1663077
39.58816
0
0
6.96658
0.006
0.04179948
9.46766
0.01
0.0946766
8.32922
0.015
0.1249383
Cp(BTU/lb F)
Metano Etano Propano Iso-Butano N-Butano Iso-Pentano N-Pentano Hexano Nitrogeno Dioxido de Carbono Acido Sulfurico
10.4893432
Cp (182.9 F)= 10.4893 BTU/ Lb-mol R Con este valor se calcula K:
Se calcula Td:
= = = 1.986 4893986 = 1.232 = 10. 410.8931.
= 575.47(3.5046..− ) = 729.66 = 270 ° % = (|270250 270 |)∗100 = 7.4%
Comparando esta temperatura con la supuesta
El error es significativo entonces se toma 267°F como el nuevo valor y se repite el procedimiento. R
T2(supuesta)
Tpromedio
Cp
K
T2 R
T2 (F)
%error
3.5046
250
182.9
10.4893
1.2335
729.66
270
7.4
3.5046
270
192.9
10.5789
1.2314
728.96
269.1
0.33
De este modo la temperatura de descarga para la SEGUNDA etapa es de 269.1 °F. ETAPA 3 Se calcula T promedio
= +2
Para Ts: Como internamente, el compresor tiene un sistema de enfriamiento para que la temperatura de succión en cada etapa sea casi igual a la de succión inicial la Ts en cada etapa = Ts+10°F). Se supone además una T de descarga de 250°F.
8 = +2 = 250+125. 2 = 187.9 °
Obteniendo el Cp del gas por medio de la tabla 13-6:
Componentes Metano Etano Propano Iso-Butano N-Butano Iso-Pentano N-Pentano Hexano Nitrogeno
FRACCION MOLAR
Yi*Cpi
9.20014
0.807
7.42451298
14.4243
0.101
1.4568543
20.55846
0.045
0.9251307
0
0
0
27.12892
0.011
0.29841812
0
0
0
33.474554
0.005
0.16737277
0
0
0
6.96758
0.006
0.04180548
Cp(BTU/lb F)
Dioxido de Carbono Acido Sulfurico
9.49466
0.01
0.0949466
8.33822
0.015
0.1250733 10.5341143
Cp (182.9 F)= 10.5341 BTU/ Lb-mol R Con este valor se calcula K:
= = = 1.986 = 10. 510.34153411.986 = 1.2323
Se calcula Td:
) = 729.71 = 270 ° = 575.47(3.5244..− % = (|270250 270 |)∗100 = 7.4%
Comparando esta temperatura con la supuesta
El error es significativo entonces se toma 270°F como el nuevo valor y se repite el procedimiento. R
T2(supuesta)
Tpromedio
Cp
K
T2 R
T2 (F)
%error
3.5244
250
187.9
10.5341
1.2323
729.71
270
7.4
3.5244
270
197.9
10.6236
1.2299
728.3
268.63
0.19
De este modo la temperatura de descarga para la TERCERA etapa es de 268.63 °F. 5. POTENCIA REQUERIDA
= ∑/
− = .∗ ∗ ( )∗()∗()∗() = +2
Se calcula la Z avg para cada una de las etapas con la siguiente ecuación:
ETAPA 1
= = 705.713.321 = 1.0112 = = 679.258.05898 = 0.3808 = 1(2.6+8.7 ) 3808 ln1.0112) = 0.8589 = 1(2.6+8. 71.0.0112
Se calcula Zd1, sabiendo que Pc= 679.089 psia y Tc= 705.31 °R
Se aplica la correlación de Guiber
Se calcula la Z avg1
= 0.9881 +0.2 8589 = 0.9235
..− 1. 0 171∗565. 4 7 1. 2 3 1 4. 6 5 258. 5 749 = 3.03∗0.9235 ∗( 0.82 )∗(1.231)∗(519.67)∗( 74.5049 ) 1 ETAPA 2
= 78.83
Se calcula Zd2, sabiendo que Pc= 679.089 psia y Tc= 705.31 °R
= = 705.728.9361 = 1.0335
= = 679.888.06899 = 1.3087 3 . 5 2 0 . 2 74 = 1 10. + 10. 3. 5 21. 3 087 0. 2 741. 3 087 = 1 10.. + 10.. = 0.6058 = = 575.705.4371 = 0.816 = = 679.253.05898 = 0.3734 = 1(2.6+8.7 ) = 1(2.6+8. 70.0.816.3734 + ln0.816) = 0.9749
Aplicamos la correlación de Papay
Se calcula Zs1, sabiendo que Pc= 679.089 psia y Tc= 705.31 °R
Se aplica la correlación de Guiber
Se calcula la Z avg2
= 0.9749 +0.2 6058 = 0.7904
..− 1. 0 171∗575. 4 7 1. 2 3 1 4. 6 5 888. 6 9 = 3.03∗0.7904 ∗( 0.82 )∗(1.231)∗(519.67)∗(253.58) 1
= 68.11
ETAPA 3 Se calcula Zd3, sabiendo que Pc= 679.089 psia y Tc= 705.31 °R
= = 720.705.5321 = 1.0216 = = 679.3114.08951 = 4.5863 3 . 5 2 0 . 2 74 = 1 10. + 10. 3. 5 24. 5 863 0. 2 744. 5 863 = 1 10.. + 10.. = 0.2409 = = = 0.8159 = = 679.888.06899 = 1.3086 3 . 5 2 0 . 2 74 = 1 10. + 10. 3. 5 2 1. 3 086 0. 2 74 1. 3 086 = 1 10.. + 10.. = 0.3724
Aplicamos la correlación de Papay
Se calcula Zs3, sabiendo que Pc= 679.089 psia y Tc= 705.31 °R
Aplicamos la correlación de Papay
Se calcula la Z avg2
= 0.2409 +0.2 3724 = 0.3067
..− 1. 0 171∗575. 4 7 1. 2 3 1 4. 6 5 3114. 5 0 = 3.03∗ 0.3067 ∗( 0.82 )∗(1.231)∗(519.67)∗( 888.69 ) 1
= 26.43
La BHP total resultara de la sumatoria de la potencia para cada etapa
= . +.+. = . 6. Combustible requerido para motor a gas
Consumo específico: 9700 BTU/hr hp Poder calorífico del gas a cond. Estándar (PCI): 953.95 BTU/PC Para calcular el volumen de combustible requerido tenemos
/ = . / × ×. = .
7. Etapas de compresión a otras condiciones Etapas de compresión a otras condiciones Ps Pd
Psig
Psia
30
44.5049362
3650
3664.50494
Para determinar el número de etapas a estas condiciones calculamos la relación de compresión
Relación de compresión
= = 3664.44.55049049 = 82.339
= #
numero de etapas
r
1 2 3 4
82.33929196 9.074100063 4.350465304 3.012324694
Se determina que a estas condiciones será necesario un compresor con 4 etapas de compresión, ya que la relación da menor a 4 que es lo ideal.
PROBLEMA No 4.
Para las condiciones de operación planteadas en el problema No. 2, se instaló un compresor reciprocante de una etapa con dos cilindros. Cada uno de los cilindros tiene las siguientes especificaciones:
Diámetro interior del cilindro: 6.625” Diámetro de la barra del pistón: 1.750”
Máxima carga permisible sobre la barra del pistón, en compresión: 21,000 lbf Máxima carga permisible sobre la barra del pistón, en tensión: 19,000 lbf
Condiciones de Operación 28 Q ( MPCBD) 300 Ps (psig) 100 Ts(°F) 800 Pd(Psig) 14.65 Pbase (Psia) 60 T base (°F) 14.523 Patm (Psia)
1. Determinar si, con las condiciones actuales de operación, no se sobrepasan los valores máximos permisibles de las cargas sobre la barra del pistón.
Esfuerzos de compresión
= 4 ∗ 814.523314.523∗6.625 + 314.523∗1.750 = 17992.3246 = 4 ∗ 814.523314.523 ∗6.625 814.523∗1.750 = 15276.6507
Esfuerzos de tensión
Estos valores indican que a condiciones actuales el compresor operara correctamente, pues lo esfuerzos a los que está sometido están por debajo de su resistencia máxima
2. ¿Qué ocurriría si la presión de succión se mantiene igual y la presión de descarga se incrementa a 850 psig?
= 4 ∗ 864.523314.523 ∗6.625 + 314.523∗1.750 = 19715. 9 054 = 4 ∗ 864.523314.523 ∗6.625 864.523∗1.750 = 16879.9674
Al observar los resultados se puede decir que si el compresor estuviera operando a estas condiciones no habría problema por su resistencia no se vería superada
3. ¿Qué ocurriría si la presión de succión se mantiene igual y la presión de descarga se incrementa a 900 psig?
= 4 ∗ 914.523314.523 ∗6.625 + 314.523∗1.750 = 21439. 4 862 = 4 ∗ 914.523314.523∗6.625 914.523∗1.750 = 18483.2842 A estas condiciones de operación, el trabajo de compresor podría ser menos eficiente y podría fallar por compresión, que es valor más crítico y supera la resistencia máxima a la compresión. Adicional a esto el esfuerzo por tensión está claramente cerca del límite permisible 4. ¿Qué ocurriría si la presión de succión se baja a 250 psig y la presión de descarga se incrementa a 850 psig?
= 4 ∗ 864.523264.523 ∗6.625 + 264.523∗1.750 = 21319. 2 221 = 4 ∗ 864.523264.523 ∗6.625 864.523∗1.750 = 18603.5483
A estas condiciones se puede esperar una falla en el compresor ya que operaria a condiciones críticas.
PROBLEMA 5
Para las necesidades de compresión planteadas en el problema 2, se recibió la oferta de 2 compresores usados, de una etapa, cada uno de ellos con las siguientes características, en la parte compresora Número de cilindros: 2 Diámetro de cada cilindro: 8 in. Los cilindros son de doble acción Diámetro de la barra del pistón: 1.75 in Recorrido (stroke): 3.5 in Porcentaje de volumen muerto total: 15.92% Velocidad: 1400 rpm Definir si estos compresores tiene la capacidad requerida para las condiciones de operación planteadas
Datos Caudal Ps Ts Pd Gravedad esp P atm T Base P Base Z Base Zfs
Campo 28 300 100 800 0.6093 14.523 60 14.65 0.9969 0.9976
MPCBD Psig ºF Psig Psia ºF Psia
Se calcula la relación de compresión
Unidades Interes 28 314.523 559.67 814.523 0.6093 14.523 519.67 14.65 0.9969 0.9976
= = 314.814.552323 = 2.5897
MPCBD Psia ºR Psia psia ºR Psia
Se supone una Td= 300 F = 759.67 °R Calculamos Tpromedio
3 00 +100 = + = 2 2 = 200
Con los datos de peso molecular y Tpromedio, nos dirigimos a la gráfica 13-8 del GPSA donde K se obtiene como un valor aproximado, para luego calcular la Td requerida. Lectura K= 1.25
Se calcula la Td
= −/ = 559.67(2.5897..− ) = 676.99 = 217.32 °
Asumiendo que la temperatura calculada es las real, comparamos con la temperatura supuesta y se calcula el porcentaje de error.
6 7 % = (|676.9676.9759. 99 |) ∗100 = 11.77 %
Se asume la temperatura calculada como la supuesta hasta que el % error < 1%
T2 supuesta(°F) 300 217.32 222.24
Tpromedio (°F) 200 158.66 161.12
K (leído) 1.250 1.262 1.260
T2 (°R) calculada 676.99 681.91 681.09
T2°(F) calculada 217.32 222.24 221.42
% error 11.77 2.21 0.37
DESPLAZAMIENTO DEL PISTON
= 3.5 = 1400 = 8 = 1.75 1. 4. 5 514003. 5 28 7 5 = = 278.5481 3/ 10 CALCULO DE LA EFICIENCIA VOLUMÉTRICA
= 96 [ ()1]
Calculo de Z a condiciones de succión Se calcula Zs, sabiendo que sPc= 679.0895psia y sTc= 391.838 R
= = 391.559.86387 = 1.4283 = = 679.314.0589523 = 0.4632 = 1(2.6+8.7 )
Se aplica la correlación de Guiber
= 1(2.6+8. 71.40.2834632 + ln1.4283) = 0.9481 Calculo de Z a condiciones de descarga Se calcula Zd, sabiendo que sPc= 679.0895psia y sTc= 391.838 R
= = 391.681.80389 = 1.7382 = = 679.814.0589523 = 1.1994 3 . 5 2 0 . 2 74 = 1 10. + 10. 3. 5 21. 1 994 0. 2 741. 1 994 = 1 10.. + 10.. = 0.9319 = 96 [ ( )1] 0. 9 481 . = 962.58970.1592[0.9319 (2.5897 )1] = 93.22%
Se aplica la correlación de Papay
Reemplazando en la ecuación
CAPACIDAD EQUIVALENTE
Calculamos el Z a presión de 14.4 y T de succión sabiendo que sPc= 679.0895psia y sTc= 391.838 R
= = 391.559.86387 = 1.4283 = = 679.14.08954 = 0.0212 = 1(2.6+8.7 ) 0209 ln1.4162) = 0.9976 = 1(2.6+8. 71.0.4162 − 10 = 278.54893.0.924812314.5230.9976 = 8.5933
Se aplica la correlación de Guiber
Se calcula Zb, sabiendo que sPc= 679.0895psia y sTc= 391.838 R
= = 391.519.86387 = 1.3262 = = 679.14.068955 = 0.0216 = 1(2.6+8.7 ) = 1(2.6+8. 71.0.32620213 ln1.3262) = 0.9969 = (.)()( ) . = 8.5933(. .)(. )( . .) = .
Se aplica la correlación de Guiber
