Consideraciones sobre compresores: importancia de la selección y el dimensionamiento adecuados para usos industriales

La tecnología de compresores tiene un propósito crucial, aunque solo logra el efecto deseado si se coloca en las aplicaciones adecuadas. Incluso entonces, se debe realizar la cantidad adecuada de estudio y consideración antes de decidir si esos compresores funcionarán mejor que otras tecnologías.

En pocas palabras, no existen soluciones estándar para ninguna aplicación que implique el manejo y transferencia de gases industriales. Por lo tanto, hacer suposiciones basadas en experiencias pasadas, o en lo que el otro está haciendo, sólo puede causar problemas a los usuarios.

Para ayudar a aliviar la carga de seleccionar la tecnología de compresor adecuada para el manejo de gases industriales, este artículo presentará un marco general que puede usarse para ayudar al usuario final a identificar y seleccionar la solución adecuada para todas sus diferentes aplicaciones.

Cuando un usuario final llama y dice que tiene una aplicación en la que necesita mover algún producto, ya sea amoniaco o cloruro de vinilo, el primer trabajo del ingeniero de aplicaciones del proveedor del equipo, y su prioridad absoluta, es formular la pregunta más obvia: ¿Es esto uniforme? una aplicación de compresor?

El operador debe definir la aplicación y explicar lo que debe ocurrir durante el proceso de transferencia del producto. Después de establecer los parámetros de operación, el ingeniero de aplicaciones sabrá si un compresor es una tecnología apropiada para completar el proceso. Generalmente existen tres aplicaciones basadas en la transferencia de productos que encajarán en el punto óptimo de los compresores:

Recuperación de vapor: este proceso implica capturar gases que permanecen en un recipiente de almacenamiento que, en años pasados, habría sido ventilado a la atmósfera. Hoy en día, estos gases deben recuperarse debido a normas medioambientales y de seguridad más estrictas, así como a su valor económico. La recuperación de vapor se usa típicamente para vapores de gas licuado que quedan en un recipiente después de la transferencia, vapores de gas natural en tanques de almacenamiento, hexafluoruro de azufre en transformadores eléctricos, fugas de sellos de compresores de proceso en plantas más grandes y el vaciado de recipientes de almacenamiento antes de su mantenimiento, reacondicionamiento o reemplazo.

Aumento de presión: este proceso consiste en mover un gas de un lugar a otro, lo que se logra aumentando la presión del gas a un nivel que permita enviarlo a otra ubicación o proceso del tanque de almacenamiento para su uso a esa presión más alta. Un ejemplo simple es un sistema de refuerzo de nitrógeno que eleva la presión del gas nitrógeno almacenado a 125 libras por pulgada cuadrada (psig) (8,6 barg) a una presión aumentada de 300 psig (20,6 barg) para satisfacer las demandas del proceso. El aumento de presión también se puede utilizar para transferir gas natural refinado desde una línea de distribución de baja presión a un tanque de almacenamiento que alimenta un quemador en un proceso de tratamiento térmico. Los compresores destacan en el proceso de aumento de presión porque pueden manejar una amplia gama de condiciones de aumento de presión.

Transferencia de gas licuado: esta operación generalmente se lleva a cabo durante la carga, descarga o transcarga de vagones y puede involucrar aplicaciones tanto de transferencia de líquido como de recuperación de vapor. Los productos comunes que se manejan en esta etapa pueden incluir propileno, dióxido de carbono, una amplia gama de refrigerantes, propano y una gran cantidad de otros gases licuados. Básicamente, casi cualquier líquido que se almacene bajo su propia presión de vapor en tanques presurizados es candidato para los procesos de transferencia de gas licuado o de recuperación de vapor.

Una vez identificado el proceso real, se deben determinar las condiciones de aplicación. Para facilitar este proceso, muchos proveedores de equipos utilizan una hoja de datos que entregan a los usuarios finales para que la completen. Las preguntas generales incluyen la ubicación y elevación del sitio, la ubicación del equipo y si el equipo es estacionario o móvil. El cuestionario también solicitará parámetros operativos más específicos, como:

Una vez que se identifican estos parámetros operativos, se pueden enviar de regreso al ingeniero de aplicaciones, quien seleccionará el compresor adecuado. Sin embargo, esto no significa que tendrán una respuesta definitiva. En muchos casos, los parámetros operativos pueden indicar que se podría recomendar de manera segura más de un tamaño o tipo de máquina para el trabajo.

Pero esto no significa que exista una solución única disponible para todos. Vale la pena reiterar que cada tecnología y cada diseño de modelo dentro de esa tecnología tiene límites concretos en cuanto a sus capacidades operativas. Esto también puede requerir un pensamiento innovador. Por ejemplo, si una aplicación requiere un caudal de 500 pies cúbicos estándar por minuto (scfm) a una presión de 800 libras por pulgada cuadrada (psi), es posible que un solo compresor no pueda cumplir con ese estándar, pero si se implementa en serie o en paralelo con un segundo compresor, esa podría ser la mejor manera de cumplir con los parámetros operativos.

Los compresores de pistón alternativo son máquinas de desplazamiento positivo, al igual que sus primos de diafragma. También hay compresores rotativos de desplazamiento positivo, como los de paletas, de tornillo, de anillo líquido y de soplador. Por último, existen turbocompresores axiales o radiales. Todos destacan en su propio nicho operativo dentro del mundo de la transferencia de gases industriales, ya sea la capacidad de producir alto flujo a alta presión, alto flujo a baja presión, bajo flujo a baja presión o bajo flujo a alta presión. Una vez más, los parámetros operativos del proceso proporcionarán una hoja de ruta hacia la mejor tecnología de compresores.

Otro factor es el costo. Los compresores de pistón alternativo se encuentran entre las tecnologías más rentables disponibles en el mercado. Aún así, los parámetros y requisitos del proceso de la operación desempeñarán un papel importante en el costo final del equipo requerido para la aplicación. Por ejemplo, las máquinas que deben cumplir con los requisitos de diseño 618 del American Petroleum Institute (API) tendrán un precio de compra más alto que un diseño que no sea API 618.

Si bien muchos sistemas podrán utilizar una máquina estándar tal como está, una vez que se selecciona la adecuada, siempre habrá algunas aplicaciones en las que se requerirá una máquina especialmente diseñada o configurada. En este caso, es probable que se agreguen costos del sistema a medida que el compresor y/o el sistema se modifican para adaptarse a las necesidades de la operación.

Incluso si un compresor de pistón alternativo es la mejor opción para la operación, aún quedan otras consideraciones por hacer antes de tomar una decisión final.

Dentro de la familia de compresores de pistón alternativo existen diseños sin aceite, sin lubricación, lubricados y sin aceite. Una vez más, conocer los parámetros y requisitos operativos creará un camino que conduzca a la selección de la tecnología adecuada. Por ejemplo, es posible que la transferencia de gas natural crudo no requiera un compresor sin aceite. El gas en sí ya tiene impurezas, por lo que pequeñas cantidades de aceite arrastradas desde el compresor no dañarán el producto ni el proceso. Sin embargo, los requisitos de cumplimiento de emisiones podrían significar que un diseño sin aceite aún podría ser la mejor solución debido a su fuga. -capacidades de control.

Además, los compresores sin aceite suelen ser más caros debido a los elevados requisitos técnicos del diseño sin aceite. Por lo general, siempre se necesitará una máquina sin aceite si el compresor no debe contaminar la pureza del gas de proceso del usuario. Estos requisitos de aplicación tienden a dictar la necesidad de un compresor sin aceite.

Las crecientes consideraciones medioambientales también podrían llevar a una mayor selección y uso de compresores sin aceite. Algunos diseños de compresores lubricados que requieren lubricación con aceite en el cilindro superior y el área de la válvula no tienen una sección de sellado de gas (pieza distanciadora). Esto puede ser propenso a tasas de fuga más altas, lo que puede representar un peligro para el medio ambiente. Con el mayor escrutinio por parte de las agencias reguladoras de las emisiones y fugas fugitivas, los operadores deben ser conscientes de las repercusiones. Estos pueden incluir multas e incluso cierres si sus operaciones continúan infringiendo cualquier mandato regulatorio.

Si la elección es un compresor de pistón alternativo sin aceite, también se deben considerar las condiciones ambientales reales de funcionamiento. Los diseños sin aceite tienen limitaciones específicas de temperatura de descarga. En este caso, el extremo superior de la máquina está diseñado para funcionar sin lubricación, por lo que tiene piezas de desgaste no metálicas (por ejemplo, anillos de pistón, sellos de empaque, etc.) que se convierten en piezas de desgaste de sacrificio porque operan sin lubricación alguna.

Por diseño, esas piezas deberán recibir servicio y reemplazo con regularidad. Normalmente, esto se hace como un programa de mantenimiento preventivo anual. En algunas aplicaciones donde las temperaturas de funcionamiento son bajas y las presiones de funcionamiento y las rotaciones por minuto (rpm) del compresor están en un rango moderado, un usuario puede ver el compresor funcionar durante algunos años sin necesidad de un mantenimiento significativo. En otras aplicaciones donde las temperaturas son altas y las presiones más exigentes, es posible que el operador solo obtenga 2000 horas de servicio del compresor antes de que necesite reparar esas piezas de desgaste de alta gama. Tenga en cuenta que esta situación suele ocurrir en aplicaciones con temperaturas de descarga muy altas impulsadas por la relación de compresión general de la aplicación. Estas posibilidades deben comunicarse al operador al principio del proceso de selección para minimizar las quejas o recriminaciones al final.

Finalmente, y lo más importante, el rendimiento del compresor de pistón alternativo debe cumplir o superar los requisitos del proceso. A menudo, esto puede significar que el fabricante de compresores necesitará comunicarse con otros profesionales en el campo (distribuidores, fabricantes, integradores de sistemas, etc.) para obtener ayuda para completar un sistema de compresores de gas llave en mano para la aplicación. Al final, todos los involucrados tienen el mismo resultado en mente: realizar el trabajo de manera confiable, eficiente, segura y rentable.

Los compresores de pistón alternativo, como cualquier tecnología comparable, sólo son eficaces en el desempeño de sus funciones si se les coloca en condiciones de tener éxito. Se puede alcanzar un estado de funcionamiento ideal si se realiza el trabajo preliminar adecuado para garantizar que el compresor pueda satisfacer las muchas necesidades únicas y variadas de la aplicación. Al hacer las preguntas correctas, realizar la investigación necesaria y trabajar estrechamente con el usuario y otros socios del canal, el proceso de selección del compresor proporcionará un funcionamiento optimizado.

Ron Crouch es el director de producto de compresión de Blackmer y PSG. Para obtener más información, visite blackmer.com.