cap. ii-unidades de compresion y bombeo

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CAPÍTULO II UNIDADES DE COMPRESION Y/O BOMBEO

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Page 1: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

CAPÍTULO II

UNIDADES DE COMPRESION Y/O BOMBEO

Page 2: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Para una mejor ejecución de los programas de mantenimiento es necesario conocer el

principio de operación de las unidades de compresión y/o bombeo. El mismo se divide

en tres partes:

• Unidad motora donde se indicarán los componentes de un motor de combustión

interna de cuatro tiempos [motor Waukesha V12].

• Unidad Impulsora en una estación de compresión, compresor Ariel de una etapa

de compresión.

• Unidad impulsora en una estación de bombeo, bombas centrifugas en

configuración de 4 etapas conectadas en serie.

2. UNIDAD MOTORA

Por lo general son motores de combustión interna de cuatro tiempos que operan a gas

natural y en algunos casos a diesel oíl.

YPFB-Transporte por lo general utiliza motores Waukesha en las estaciones de

compresión y motores Caterpillar en estaciones de bombeo, ambos motores tienen el

mismo principio de operación variando simplemente la configuración de sus

componentes, se indica a continuación los componentes de un motor Waukesha.

2.1 Motores Waukesha

Los motores Waukesha de la Serie Four son motores de 4 tiempos. Teniendo motores

de 6 cilindros y de 12 cilindros, siendo la configuración lineal el de 6 cilindros y los de

12 cilindros con una configuración en V. todos los motores rotan en sentido contrario a

la agujas del reloj, si se ve desde la parte trasera [volante].

Page 3: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2 Configuración de los cilindros en Motores Waukesha

Fuente: [2.1]

Los motores “GSI” tienen una combustión rica [estequiometria], opera con

turbocargadores e intercambiador de calor.

Los motores “LT” están diseñados para combustionar una mezcla pobre de

aire/combustible para un mejor consumo de combustible y menores emisiones gracias

a un a un diseño de cámara abierta y turbulenta. [2.1]

Page 4: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.1 Placa de Identificación

Fuente: [2.1]

Figu.2.2 Placa de Identificación Compresor 1 de Sica-Sica

Fuente: [2.1]

Page 5: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Figura. 2.3 Vista lado derecho Motor L5794GSI de 12 cilindros

Fuente: [2.2]

Page 6: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Figura. 2.4 Vista lado Izquierdo Motor L5794GSI de 12 cilindros

Fuente: [2.2]

Figura 2.5 Vista Trasera – 12 clindros

Page 7: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fuente: [2.2]

DESCRIPCION DEL SISTEMA COMBUSTIBLE

Page 8: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.1.1 sistema de combustible.

La función del sistema combustible es mantener una relación aire/combustible

constante a través del rango de la carga del motor y entregar la mezcla

aire/combustible en cantidades adecuadas. El sistema de combustible del motor

comprende los siguientes componentes:

Reguladores de presión del gas combustible.

Carburadores.

Sistema de modulo aire/combustible [AFM] del Custom Engine Control (CEC)

(opcional). [3]

2.1.1.1 Reguladores de presión del gas combustible.

Para asegurar un suministro constante de combustible hacia los carburadores, todos

los motores cuentan con un regulador de presión de gas combustible para cada banco

del motor, este gas combustible proviene de un puente de regulación que se encuentra

en la misma estación de bombeo o compresión.

El regulador de presión del gas combustible reduce la presión de suministro del gas

combustible que ingresa al carburador a presiones de operación de 25 a 30 psi. Esta

presión dependerá del poder calórico del gas natural suministrado.

Desde el regulador el combustible fluye hacia el interior del carburador donde es

mezclado con el aire para proporcionar una mezcla adecuada a las cámaras de

combustión. [3]

2.1.1.2 Carburador.

Todos los motores cuentan con un carburador montado justo por debajo del centro de

cada múltiple de admisión.

Page 9: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig.2.6 Sistema de Combustible [Carburador, Regulador y Control de Velocidad]

Fuente: [4]

El carburador produce una mezcla de combustible mezclando automáticamente el aire

y el combustible en proporciones adecuadas.

2.1.1.3 Sistema de módulo de aire/combustible CEC.

Está diseñado para controlar la relación aire-combustible de los motores industriales

Waukesha que funcionan a gas, esta relación define el monto de aire ya sea en peso o

masa en relación con una cantidad de combustible suministrado al motor para su

combustión. La relación aire/combustible influye en la potencia del motor, las emisiones

de gases y el ahorro de combustible.

Al controlar la relación de aire/combustible de un motor mediante el sistema AFM se

puede obtener beneficios como el ahorro de combustible, el control de las emisiones y

el aumento del rendimiento del motor. El sistema AFM regula y mantiene la relación

Carburado

r

Control Automático de Velocidad

Regulador de Presión del Gas

Combustible

Page 10: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

aire/combustible del motor e incluso si se produce cambios en la carga del motor, en la

velocidad en la presión del combustible y en la calidad del combustible. [4]

El sistema AFM básico consiste en un sistema de sensor de oxigeno, un transductor de

presión del múltiple de admisión [solo en motores con catalizador y mezcla pobre], un

modulo de control electrónico [módulo AFM], un actuador y una termocupla de escape.

El sensor de oxígeno continuamente informa la concentración de oxígeno en el escape

al módulo AFM. Basándose en esta señal el módulo AFM determina una corrección en

la relación aire/combustible, si se requiere un cambio se manda una orden a un

actuador [instalado en el regulador del combustible] que altera el flujo del combustible

que va hacia el motor. La termocupla de escape asegura que las temperaturas de

escape sean lo suficientemente altas como para permitir un funcionamiento correcto del

sistema. [4]

2.1.2 Descripción del sistema de admisión de aire

El sistema de admisión de aire está conformado por los siguientes componentes:

Carburadores.

Múltiples de admisión.

Sistema de filtración del aire [filtros de aire].

Turbocargadores.

Intercambiadores de calor.

2.1.2.1 Carburadores y múltiple de admisión.

Tanto el carburador como el múltiple de admisión se encuentran montados en la parte

exterior del banco del cilindro [izquierdo, derecho]. El carburador produce una mezcla

de combustible al mezclar automáticamente el aire y el combustible en las proporciones

adecuadas. [5]

Page 11: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.7 Múltiple de Admisión y Carburador banco izquierdo

Fuente: [5]

El múltiple de admisión conecta las bocas de admisión de los cilindros y distribuye en

forma equitativa la mezcla aire /combustible a cada cilindro.

2.1.2.2 Turbocargadores.

Los motores de 6 cilindros tienen un turbocargador, los motores de 12 cilindros tienen 2

turbocargadores uno para cada banco. [5]

2.1.2.3 Intercambiadores de calor.

El intercambiador de tipo caja está montado en la parte posterior del motor, el aire

comprimido y calentado del turbocargador ingresa al intercambiador de calor y fluye por

una serie de tubos a través de los cuales circula el refrigerante del sistema de agua

auxiliar, la temperatura del aire comprimido se reduce lo que lo hace más denso. [5]

Múltiple de Admisión

Carburador

Page 12: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.8 Sistema de Admisión de Aire [Turbo-

cargador, Intercambiador de calor y filtro] [5]

2.1.2.4 filtros de aire.

Los motores de 6 cilindros tienen un filtro de aire en cambio los motores de 12 cilindros

tienen dos filtros de aire. Cada conjunto filtrante de aire consiste en un bastidor, el

elemento principal del filtro de aire, una almohadilla de prefiltrado, un indicador de

restricción de aire de admisión y una cubierta contra el agua.

El indicador de restricción de aire se colocara “rojo” si la restricción de aire es de 15

plg. [381 mm] de agua. Esto indica que el elemento principal del filtro de aire esta

obstruido o sucio o que el elemento de prelimpieza presenta los mismos problemas. [5]

Intercambiador de Calor

Turbo-Cargador

derecho Filtro de Aire izquierdo

Page 13: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.1.3 Descrición del sistema de turbocargador

Los motores de la Series Four tienen turbocargadores, el sistema consiste en los

siguientes componentes:

Turbocargadores.

Mangueras de conexión.

Tubería de conexión.

2.1.3.1 Turbocargadores.

Los motores de 12 cilindros tienen dos turbocargadores uno para cada banco. Mientras

que el lado de la turbina de cada turbocargador es parte del sistema de escape, el lado

del compresor es parte del sistema de admisión de aire; un eje los conecta a ambos.

Cuando la turbina gira debido a los gases de escape que salen del motor, el

movimiento de la rueda del compresor hace que el aire que pasa a través del filtro de

aire se dirija al carburador de manera comprimida. Los turbocargadores de la Series

Four tienen cajas centrales enfriadas por agua. [5]

Page 14: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.7 Esquema del Principio de Turbo-Alimentación e Inter-Enfriador

2.1.4 Descripción del sistema de enfriamiento

El sistema de enfriamiento consiste de los siguientes componentes:

Circuito de Agua Principal.

Circuito de Agua Auxiliar.

2.1.4.1 Circuito de agua principal.

Colector del circuito de agua principal.

Múltiple de escape.

Bomba de agua del circuito de agua principal.

Dispositivo remoto de transferencia de calor.

Válvula de control de la temperatura del circuito de agua principal.

Page 15: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Tanque de recuperación [opcional].

2.1.4.1.1 Colector del circuito principal de agua.

Los pasajes del agua de enfriamiento tanto en el cárter como en las tapas de cilindro

comprenden el sistema del circuito de agua principal, el circuito está completamente

moldeado dentro del cárter. El agua de enfriamiento circula alrededor de las camisas

del cilindro dentro del bloque del cilindro. El agua fluye hacia arriba a través de las

aperturas de los pasajes de agua de la cubierta de cada tapa de cilindro, fluye a través

de los asientos de válvulas y guías de escape y llega hasta el múltiple de escape

enfriado por agua. [6]

2.1.4.1.2 Múltiple de escape.

Desde cada tapa de cilindro, el agua pasa a través de la conexión de codo de salida de

agua hacia un segmento del múltiple de escape del circuito de agua principal y dale por

el puerto de de salida de agua al múltiple de agua. Cada conjunto de múltiple de

escape está conformado por segmentos individuales enfriados por agua. [6]

2.1.4.1.3 Bomba del circuito principal de agua.

En la parte delantera izquierda del motor se encuentra la bomba del circuito principal

accionada mediante una correa. El agua de enfriamiento es bombeada a los colectores

del circuito de agua principal. [6]

2.1.4.1.4 Múltiple de agua.

Recibe el agua de enfriamiento que fluye de cada segmento del múltiple de escape y lo

dirige a la caja de termostato. [6]

Page 16: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.1.4.1.5 Dispositivo remoto de transferencia de calor.

Puede ser un Radiador, un ventilador una torre de enfriamiento, un intercambiador de

calor o algún otro dispositivo.

2.1.4.1.6 Caja de termostatos

Estos se encuentran encerrados en la caja de termostatos en el extremo de la salida

[frontal] del múltiple de agua. Al regular la circulación del refrigerante, los termostatos

controlan la temperatura del circuito de agua principal.

Los termostatos permanecen cerrados mientras el motor se empieza a calentar, de

modo que el agua de enfriamiento sólo circula a través del circuito de agua principal del

motor.

Los termostatos empiezan a abrirse a medida que el motor se va calentando y llega a

su temperatura normal de funcionamiento. Una porción del refrigerante se deriva al

dispositivo remoto de transferencia de calor, el cual absorbe el calor y hace que el

refrigerante regrese a la bomba de agua principal. El suministro del refrigerante del

dispositivo de transferencia de calor se mezcla con esa porción de enfriador que

continua circulando por los tubos de derivación para proporcionar una mezcla que esté

dentro del rango normal. [6]

Page 17: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.8 Descripción del Sistema de Enfriamiento

Fuente: [6]

2.1.4.2 Circuito de agua de enfriamiento auxiliar.

Bomba de agua auxiliar.

Intercambiadores de calor.

Enfriador de aceite.

Válvula de control de temperatura del agua auxiliar.

Dispositivo de transferencia de calor del agua auxiliar.

Page 18: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.1.4.2.1 Bomba de agua auxiliar

Todas las bombas de agua auxiliares están accionadas por una correa. En el motor de

12 cilindros la bomba se encuentra en la parte inferior frontal izquierda.

2.1.4.2.2 Intercambiador de calor

El intercambiador de calor enfría el aire de admisión que va a los turbocargadores para

proporcionar un aire más denso, el intercambiador de calor se encuentra en la parte

trasera del motor. [6]

2.1.4.2.3 Enfriador de aceite

El refrigerante fluye desde el intercambiador de calor hasta el enfriador de aceite el

enfriador de aceite consta de un tubo un ensamblaje tipo desviador, mientras el

refrigerante fluye a través de un conjunto de tubos en el enfriador, el aceite lubricante

fluye alrededor de ellos, el calor del aceite pasa a través de los tubos hacia el

refrigerante, el que lo transporta al dispositivo de transferencia de calor para que se

disipe.

Desde el dispositivo de transferencia de calor, el refrigerante se devuelve a la bomba

de agua auxiliar para repetir el circuito. [6]

2.1.5 Descripción del sistema de lubricación

2.1.5.1 Sistema de lubricación

2.1.5.1.1 Control del aceite interno

El colector de aceite principal es una parte integral de la pieza forjada del cárter, los

pasajes internos que existen en el cárter dirigen el flujo del aceite presurizado hacia los

cojinetes principales a través de orificios que se encuentran en los asientos de estos

mismos. [7]

El flujo de aceite pasa desde los muñones de los cojinetes principales hacia el cigüeñal

perforado en forma de T y luego, sube a través de los pasajes que se encuentran en

las bielas.

Page 19: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Después de lubricar el cojinete de las bielas, el buje del pasador del pistón y el pasador

del pistón, el aceite presurizado pasa a través de una que se ubica en la parte superior

de la biela. El rocío del aceite que sale de la biela enfría la parte inferior de la corona

del pistón y se regresa al depósito del aceite. [7]

Los tubos de suministro de aceite conectados al pasaje de aceite interno que llega al

cojinete principal, suministran un rociamiento continuo de aceite al tren de engranajes.

Los pasajes internos de la pieza forjada del cárter también dirigen el flujo de aceite

presurizado a los asientos del cojinete del árbol de levas para lubricar los cojinetes

principales [bujes] del árbol de levas. El aceite fluye a través de orificios que se ubican

en las tapas de los cojinetes de la levas y de pasajes que están en la caja de levanta

válvulas. Esto lubrica los copiadores de levas y los lóbulos de levas, después de lo cual

se dirige hacia el depósito de aceite.

Una línea de suministro de aceite externo que está fuera del colector de aceite principal

lleva aceite a un colector separado de aceite de balancín externo. Los tubos de

suministro del colector de aceite del balancín dirigen el flujo de aceite hacia el conjunto

de las válvulas del balancín. [7]

El exceso de aceite se drena en un pasaje central en la tapa del cilindro y corre por

fuerza de los tubos de la varilla hacia el pasaje de drenaje que se encuentra en las

guías de levantaválvulas. Los pasajes dirigen el flujo de aceite hacia un orificio de

drenaje localizado en la caja de levantaválvulas, desde donde fluye hacia el depósito

de aceite a través del receso del árbol de leva.

El flujo de aceite presurizado que pasa a través de los tornillos de levantaválvulas fijo

de los ensambles del balancín suministra aceite a los levantaválvulas, donde el aceite

en exceso se junta con el flujo proveniente del pasaje central de la tapa de cilindro. [7]

Page 20: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.9 Sistema de Lubricación

1. Bomba de Cebado. 5. Enfriador de Aceite.

2. Válvula desahogo de presión. 6. Galería para Balancines.

3. Filtro de flujo pleno . 7. Válvula de derivación del enfriador.

4. Galería principal de aceite.

Fuente: [7]

El sistema consiste en los siguientes componentes:

Depósito de aceite y rejilla de succión.

Page 21: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Bomba de aceite.

Enfriador de aceite.

Válvula de control de la temperatura.

Válvula de regulación de la presión.

Filtro del aceite lubricante de flujo completo.

Válvula de alivio del filtro.

Colador de aceite.

2.1.5.1.2 Depósito de aceite y rejilla de succión

La parte inferior del cárter está encerrada por un el depósito de aceite. Una bomba

succiona aceite desde el punto más bajo del depósito de aceite y lo entrega al enfriador

de aceite. La rejilla de succión que materiales extraños que se encuentran en el

depósito ingresen al circuito de aceite lubricante.

2.1.5.1.3 Bomba de aceite

La bomba del aceite lubricante, accionada por el tren de engranajes, se encuentra

montada externamente. En los motores de la Serie Four, la bomba de aceite esta ubica

en la parte delantera del motor, por debajo del cárter.

2.1.5.1.3 Enfriador de Aceite

Este sistema es un conjunto de tipo tubos y desviador [intercambiador de calor] el

refrigerante es bombeado [circuito auxiliar] por el interior de los tubos del enfriador

mientras que el lubricante [caliente] circula alrededor de dicho tubos.

El calor del aceite pasa a través de los tubos al refrigerante que lo transporta hasta el

depósito de transferencia de calor para que se disipe.

Page 22: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.1.5.1.4 Colector de aceite

El colector de aceite lubricante contiene una válvula de derivación de alivio de la

presión, un diferencial de presión de 15 psi [103 KPa] abre la válvula y permite que el

aceite desvíe del elemento colador y se dirija al colector de aceite principal.

2.1.5.1.5 Filtro limpiable del aceite lubricante [Microspin]

El sistema Microspin está compuesto por dos componentes principales: elemento de

filtro de aceite y un centrifugador que tiene un inserto de papel desechable.

Fig. 2.9 Filtro Microspin

Fuente: [7]

Estos elementos del filtro limpiable Microspin están instalados en el canister de

filtración del aceite lubricante actual. El centrifugador está instalado como un sistema

de derivación y trabajan en conjunto con los elementos del filtro limpiable. El

centrifugador esta accionado por la presión del aceite del motor. La acción giratoria del

conjunto de la turbina interna del centrifugador desarrolla una fuerza que excede los

2000 Gs, que compacta los contaminantes contra la caja de la turbina. El centrifugador

Page 23: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

eliminará las partículas contaminantes del aceite que sean tan pequeñas como 0.5

micrones. Los elementos del filtro limpiable eliminan partículas tan pequeñas de hasta

25 micrones. [7]

El sistema Microspin es más amistoso con el medio ambiente que los sistemas que

utilizan elementos desechables. Al limpiar los elementos, se elimina el gasto de su

reemplazo y el costo de la eliminación de los desechos peligrosos.

2.1.5.2 Componentes del sistema de prelubricación.

Bomba de prelubricacion y motor de prelubricación.

Válvula del botón de prelubricación.

Válvula de prelubricación operada por piloto.

Lubricador en línea.

Medidor de la presión de aceite.

2.1.5.2.1 Bomba/Motor de prelubricación

La función es purgar el aire del sistema de lubricación y de este modo, asegura que

todas las piezas móviles, en especial los turbocargadores, sean lubricados

adecuadamente antes de que el motor arranque.

2.1.5.2.2 Válvula del botón pulsador de prelubricación

El suministro aire/gas está conectado a la válvula del botón de prelubricación [al

presionar el botón de prelubricación, se activa dicha función.]

2.1.5.2.3 Válvula de prelubricación

Dicha válvula abre para admitir aire desde una rama de la línea de suministro de

aire/gas principal, la que enciende el motor de aire de la bomba de prelubricación para

activar la bomba de prelubricación

.

Page 24: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.1.5.2.4 Lubricador en línea

El sistema inyecta aceite al flujo de aire /gas comprimido para proporcionar

automáticamente lubricación interna adecuada a las paletas de motor de la bomba de

prelubricación opera por aire/gas.

2.1.5.2.5 Regulador de nivel de aceite lubricante [Opcional]

El regulador está montado en la parte inferior izquierda del motor. Esté dispositivo

mantendrá el aceite lubricante del cárter del motor en el nivel adecuado, se suministra

aceite de reemplazo a presión atmosférica desde un tanque elevado a la entrada del

regulador.

Si el nivel de aceite disminuye por alguna razón, el flotador también caerá, abriendo la

válvula y permitiendo que el aceite ingrese al cárter.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE ESCAPE

2.1.6 Sistema de escape

El sistema consiste en los siguientes componentes, se observa en la fig. 6.1

Múltiple de escape.

Turbocargadores.

Válvula de control de la presión de escape del turbocargador.

2.1.6.1 Múltiple de escape

Cada conjunto del múltiple de escape enfriado por agua está compuesto por

segmentos individuales [figura], el puerto de escape de cada cilindro está conectado

con un segmento del circuito de agua principal del múltiple de admisión, los codos de

salida de agua conectan el orificio de salida de agua de cada tapa de cilindro con los

segmentos del múltiple de escape.

Page 25: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.1.6.2 Turbocargadores

El sistema es controlado por válvulas de presión para cada banco de cilindros. El lado

del compresor del turbocargador es parte del sistema de inducción de aire; el lado de la

turbina es parte del sistema de escape, cuando la turbina gira debido a la expansión de

los gases de escape que salen del motor, el movimiento de la rueda del compresor

hace que el aire que pasa a través del elemento de limpieza [Filtro] del aire sea

encaminado al carburador como aire comprimido.

Fig. 2.10 Sistema de Escape

2.1.6.3 Válvula de control de la presión del turbocargador

Una válvula de control de la presión de escape del turbocargador enfriada por agua se

encuentra montada a la salida de cada múltiple de escape. La válvula de control de la

presión del turbocargador es un dispositivo de limitación de carga. En un punto

determinado la presión del múltiple de admisión contrarresta la tensión de un resorte y

se abre una válvula para derivar una parte del escape del motor alrededor de la turbina

Turbocargador

T de Escape

Múltiple de Escape

Válvula de

Control de Presión

del Turbocargador

Page 26: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

del turbocargador. De este modo, la presión del aire de admisión se mantiene dentro de

un rango aceptable.

Los gases de escape que accionan [o que se desvían] la turbina del turbocargador,

salen del motor a través de la T de escape [Fig. 6.1]. Los gases que pasan a través de

la conexión flexible de escape son dirigidos a la atmosfera a través de la tubería de

escape.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DEL RESPIRADERO DEL CARTER

2.1.7 Sistema del respiradero del cárter

El objetivo del sistema es mantener una ligera presión negativa en el cárter. La presión

negativa protege al cárter de los dañinos vapores de agua y de los gases de

combustible y lo ayuda a evitar lo formación de lodo y contaminación del aceite.

Además el sistema está diseñado para separar el aceite de los vapores de agua antes

de que la descarga sea liberada a la atmósfera.

Todos los motores vienen con un ajuste manual de la presión del cárter. El ajuste se

logra admitiendo más o menos aire externo al interior del sistema del respiradero. [8]

Los componentes del sistema del respiradero del cárter son los siguientes:

Rejilla de separación del cárter.

Separador de aceite.

Válvula de vacio / válvula de estrangulación.

Regulador del respiradero.

Extractor de venturi.

Válvula de alivio de la presión del cárter.

Page 27: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.1.7.1 Rejilla de separación

En motores de 12 cilindros la rejilla de separación se encuentra ubicada en la parte

posterior del motor, al lado derecho del motor, en la superficie del banco derecho del

cárter. [8]

2.1.7.2 Separador de aceite

Los motores de 12 cilindros tienen dos separadores de aceite. Un separador está

conectado por medio de un codo a la ventilación y la cubierta de la caja de engranajes

en la parte delantera izquierda del motor, el segundo separador de aceite se encuentra

montado sobre el cárter en el lado derecho posterior del motor. El separador está

conectado por un tubo de respiración a la rejilla de separación del cárter, en la parte

superior del cárter.

En el cárter los vapores y el rocío de aceite pasan a través del separador el cual se

adhiere al elemento de malla de acero inoxidable que está en el lado de admisión de la

caja del separador. Este excedente de aceite se condensa, se cae a la base del

separador y regresa al depósito de aceite por medio de un tubo que está en la base de

la caja del separador. [8]

Fig. 2.11 Separador de Aceite [8]

Page 28: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.2 COMPRESOR ARIEL MODELO JGE

Estos compresores son el corazón de los sistemas que acumulan, procesan,

transportan y distribuyen GN para su uso como combustible y para la generación de

energía eléctrica, el compresor debe rendir una máxima performance, bajo diferentes y

difíciles condiciones [el compresor debe tener una alta confiabilidad].

- Aplicación

La primera área de aplicación de un compresor es la recolección de GN, el cual se

extrae del pozo alimentando al compresor para así comprimirlo a una presión más alta,

para poder desviarlo a cañerías para su acumulación, almacenaje o procesamiento.

Las líneas troncales se utiliza para transportar el GN desde las plantas de

procesamiento a instalaciones de almacenamiento o centros de distribución, las

instalaciones intermedias se encuentran generalmente en intervalos de 70 a 80 millas

para mantener la presión adecuada.

2.2.1 Conjunto de la unidad de compresión

El rol del compresor en el transporte de GN [sistema de distribución] es muy

importante, para ello se explicara la operación y funcionamiento del conjunto de

compresión.

Que es el juego completo de los componentes del sistema anclado a una plataforma

llamada patín o esquíes, la cual tiene que brindar una base para poder soportar todos

los componentes [motor, depurador y compresor] y amortiguar las vibraciones. [9]

Un sistema típico se observa en la figura 2.1 con entrada de gas a la izquierda, esto es

proveniente de una estación de aguas arriba, de una planta de procesamiento si es la

estación de cabeza o de otra etapa de compresión.

Page 29: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.12 Unidad de Compresión

Fuente: [10]

Una unidad de compresión tiene que entregar un gas limpio con la presión y

temperatura adecuada a la salida de la unidad, para ello consta de los siguientes

componentes:

Separadores [Scrubber]

Pulmones o Botellones.

Impulsor.

Compresor.

Intercambiador de Calor [Aire Cooler].

Válvula de Purga o Seguridad. [9]

2.2.2 Separadores o Scrubber.

Estos equipos eliminan los líquidos que pueda arrastrar el GN y evita que estos entren

al compresor, esta función es para resguardar la vida útil de las válvulas y otros

componentes del sistema.

Patín

Page 30: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.13 Scrubber o Separadores de Condensados

Fuente: [10]

2.2.3 Pulmones o botellones

Estos equipos ayudan a reducir las pulsaciones de presión [acumulan el GN].

Fig. 2.14 Pulmones de Admisión y Descarga

Fuente: [10]

2.2.3 Impulsor

Este equipo es típicamente un motor a combustión interna.

Pulmones

Page 31: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.15 Unidad Impulsora

Fuente: [10]

2.2.4 Compresor

Es el equipo que realiza el incremento de la presión realizando trabajo sobre el gas, es

el corazón del sistema. El compresor se encuentra conectado al eje del impulsor y

transforma la energía rotativa en energía alternativa que comprime el gas. [9]

Fig. 1.16 Compresor de Gas [10]

2.2.5 Air cooler

Este equipo extrae el calor de la compresión del GN [que adquiere elevadas

temperaturas cuando se comprime]. A medida que se comprime el gas transfiere la

Motor

Compresor

Page 32: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

energía del pistón al gas en forma de calor, antes de seguir o continuar con el

transporte.

El intercambio de calor se realiza en una serie de ductos donde el gas se enfría a

medida que este lo atraviesa. [9]

Fig. 2.17 Air Cooler [tipo Radiador]

Fuente: [10]

2.2.6 Válvula de purga o seguridad

Estas válvulas proveen el arranque y apagado de seguridad para el sistema de

compresión.

Fig. 2.18 Sistema de control de Flujo al separador

Fuente: [10]

Enfriado

r

Válvula de Entrada del GN

Page 33: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.19 Sistema de control de Alivio y Descarga

Fuente: [10]

Compresores Alternativos

Componentes principales.

Frame.

Cilindros.

Fig. 2.20 Componentes Principales de un Compresor

Fuente: [10]

Válvula de Alivio

Válvula de Descarga

Frame

Page 34: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.2.7 Frame

Contiene el cigüeñal y los cojinetes. El cigüeñal que viaja en los cojinetes principales y

es impulsado por un motor de combustión interna, uno o más pasadores de cigüeñal y

típicamente hay una cantidad pareja para mantener el balance de todo el sistema

[cigüeñal y bielas] están posicionados a lo largo del cigüeñal, la cantidad de estos

puntos en el cigüeñal donde se conectan las bielas determinan la cantidad de carreras

para un compresor dado. [9]

Fig. 2.21 Conjunto de Frame

Fuente:

[10]

- Las bielas conectadas por un pasador al cigüeñal que convierten la energía

rotativa en energía lineal alternativa en cada carrera del compresor.

- Las crucetas, estas viajan en las guías de las crucetas y conectan la biela con

el vástago del pistón.

Con cada rotación del cigüeñal, la cruceta atraviesa un ciclo lineal desde el punto

muerto interno al punto muerto externo y volviendo al punto muerto interno. [9]

Frame

Biela

Cigüeñal

Cruceta

Page 35: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.2.8 Cilindros.

El cilindro el lugar donde se comprime el gas natural, se encuentra fresado con

precisión tiene la superficie nitrada para obtener dureza y resistencia al desgaste. En el

cilindro se encuentran las válvulas de succión, válvulas de descarga, el vástago del

pistón, el packing, el pistón y descargadores o bolsas de volumen variable. [9]

Fig. 2.22 Vista interna de la Unidad de Compresión

Fuente:

[10]

2.2.8.1 Vástago del pistón

Este se encuentra conectado a la cruceta que a la vez se encuentra asegurado una

tuerca [turca de la cruceta o tuerca de balance]. El vástago atraviesa un solo ciclo a

medida que el cigüeñal gira una vuelta. El vástago del pistón se extiende hacia el

cilindro a través de un sello especial llamado packing. [9]

Page 36: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.2.8.2 Packing

Es un conjunto de aros que envuelve al vástago del pistón y que brinda un sello entre

la guía de la cruceta y el cilindro a medida que el vástago del pistón va y viene con

cada ciclo. [9]

Deferentes clases de aros y materiales se utilizan para brindar un sello óptimo

de acuerdo con las presiones, tipos de gases y la ubicación de los aros dentro

del packing.

Fig. 2.23 Conjunto del Cilindro

Fuente: [10]

Fig. 2.24 Conjunto del Packing

Fuente: [10]

Tuerca de la Cruceta

Pistón

Packing

Vástago del Pistón

Page 37: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.2.8.3 Pistón

Se encuentra conectado al extremo del vástago dentro del cilindro, el cual en su

superficie tiene ranuras donde se encuentran tres tipos de aros. Aros de pistón, aros de

desgaste y aros raider, realizando diferentes funciones.

Los aros de pistón brindan sellos para evitar que el gas pase por encima del pistón, los

aros de desgaste ofrecen una superficie no metálica de desgaste y los aros raider

combinan las función de un aro de pistón y un aro de desgaste estos simplemente se

utilizan en pistones que no tienen la longitud suficiente para un aro de desgaste y

también en aplicaciones que necesiten superficies no metálicas de desgaste. [9]

Fig. 2.25 Pistón

Fuente: [10]

2.2.8.4 Descargadores o bolsas de volumen variable

Estos ajuntan la capacidad del cilindro para flexibilidad de operación a medida que

cambien las condiciones de operación.

Aros de Pistón

Aros de Desgaste

Aros Raider

Pistón

Page 38: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.26 Descargadores o Bolsas de Volumen Variable

Fuente: [10]

2.2.8.5 Válvulas de succión y descarga

Controlan el flujo de GN de entrada y salida del cilindro con cada revolución del

cigüeñal y por lo tanto por cada ciclo del pistón. Cada válvula abre y cierra hasta 1800

veces por minuto y los componentes internos deben aguantar retorcimientos,

vibraciones, choque y el impacto de una apertura y cierre continuo, también la válvula

está expuesta a grandes variaciones de temperatura y deben operar con la presencia

de polvo, humedad, sustancias corrosivas y variaciones en las propiedades del GN. En

la fig. 2.16 se observan las válvulas de succión y descarga. [9]

Bolsas de Volumen Variable

Page 39: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.27 Vista Frontal de las Válvulas de Succión y Descarga [10]

Fuente: [10]

Funcionamiento de las válvulas, para cada ciclo del pistón comenzando desde el punto

muerto externo la válvula de succión se abre para permitir la entrada de GN en el

cilindro [por ente la válvula de descarga se encuentra cerrada], a medida que el pistón

se mueve hacia el punto muerto interno y a medida que el pistón regresa al punto

muerto externo se comprime el GN y luego se descarga a una presión más alta en el

momento que la válvula de descarga se abre, en la fig. 2.17 se muestra en cuatro

pasos lo descrito anteriormente [9].

Válvulas de Succión

Válvulas de descarga

Page 40: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.27 Funcionamiento de Las Válvulas de Succión y Descarga

Fuente: [10]

Paso 1, el pistón se encuentra en el punto muerto externo y la válvula de descarga se

encuentra abierta.

Paso 2. La válvula de succión se encuentra abierta dando paso al GN hacia el cilindro,

milisegundos antes de la apertura de la válvula de succión la válvula de descarga se

cierra.

Paso 3, el pistón viaja hacia el punto muerto interno, comprimiendo a la vez el gas que

se encontraba en la otra sección del cilindro.

Paso 4, el pistón regresa hacia el punto muerto externo comprimiendo el GN a

presiones de operación deseadas. [9]

Paso 1 Paso 2

Paso 4 Paso 3

Page 41: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.2.9 Lubricación

La lubricación de un compresor esta divido en dos sistemas, diferenciadas por la

función que realizan en la operación del compresor, además de reducir la fricción,

evitar desgaste de las piezas, ofrecen enfriamiento, evitan la corrosión brindan sellos y

amortiguan los choques.[9]

El primer sistema segura una lubricación a los componentes del frame incluyendo

cojinetes del cigüeñal y la cruceta.

El segundo sistema de lubricación consiste en un mecanismo de alimentación forzada

que brinda lubricación a alta presión a los cilindros y al packing. [9]

Fig. 2.28 Sistema de lubricación del Frame

Fuente: [10]

Page 42: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.29 Sistema de Lubricación Forzada

Fuente: [10]

Page 43: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.3 BOMBAS HIDRAULICAS

Las bombas son máquinas destinadas a mover y/o transportar líquidos. De acuerdo

con algunas clasificaciones, son máquinas de flujo, semejantes, en términos de

principios operacionales, a los ventiladores y, de cierta forma, a las turbinas hidráulicas.

Las bombas permiten el desplazamiento de los líquidos, los ventiladores propician el

movimiento de gases, ambos transfiriendo energía a estos fluidos de trabajo. Las

turbinas hidráulicas retiran energía del fluido de trabajo. [11]

2.3.1 Clasificación de las bombas

Las bombas en general son clasificadas observando los siguientes detalles:

• Los líquidos a bombear

• Características de los impulsores

• Características de la carcasa

• Velocidad específica

• Configuración mecánica

• Tipo de energía entregada al líquido

Uno de los detalles más importantes para clasificar las bombas es la energía entregada

al líquido, es así que las bombas se dividen en dos grandes grupos:

a) CINETICAS (DINAMICAS) Se entrega constantemente energía para

incrementar la velocidad del líquido.

b) DESPLAZAMIENTO POSITIVO Se entrega periódicamente energía por

la aplicación de una fuerza a un determinado volumen encerrado de líquido.

Page 44: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Tabla.2. Clasificación de Bombas

Fuente: [12]

2.3.2 Bombas Centrífugas

Principios de Operación. La acción del bombeo es la adición de energías cinética y

potencial a un líquido con el fin de moverlo de un punto a otro. Esta energía hará que el

líquido efectúe trabajo, tal como circular por una tubería o subir a una mayor altura.

2.3.2.1 Principios

Por medio de la fuerza centrífuga aumentamos la velocidad del líquido y luego

convertimos ésta energía cinética en presión, mediante una reducción eficiente de la

velocidad.

Page 45: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

El líquido entra a la brida de succión (A) y fluye al ojo del impulsor (B).El líquido es

recogido por los alabes del impulsor (C) y acelerado en la dirección de la rotación.

Cuando el líquido abandona el impulsor, su velocidad es aproximadamente igual a la

de los extremos de los alabes.

La caja externa (D) tiene forma de voluta o caracol. La energía que proviene de la

velocidad del líquido se convierte en energía de presión cuando el líquido se mueve a

gran velocidad de un espacio menor a uno de mayor tolerancia. A medida que aumenta

la presión y alcanza la boca de descarga, es dirigida a ese lugar por un distribuidor (E).

[11]

Fig. 2.30 Componentes de una Bomba Centrifuga

2.3.2.2 Partes de una Bomba Centrífuga

Una bomba centrífuga tiene dos partes:

1. Parte rotativa: Eje e Impulsores

2. Parte Estacionaria: Carcasa, Cojinetes y Prensa Estopas (sellos). [11]

Page 46: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.31 Partes de una Bomba CentrÍfuga

YPFB-Transporte [11]

Page 47: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.3.2.3 Impulsores

Los impulsores están clasificados de acuerdo:

Forma del flujo: Radiales, Axiales y Mixtos.

Forma de succión: Simple y doble.

Forma mecánica: Abierto, semiabierto, cerrado y semicerrado. [11]

Fig. 2.32 Tipos de Impulsores

YPFB-Transporte [11]

2.3.2.4 Anillos de Desgaste

Son juntas de pérdidas entre el impulsor y la carcasa, sirven para reducir al empuje

axial, además de evitar el desgaste entre las partes rotatorias y estacionarias. Estas

piezas son renovables y necesitan mantener ciertas condiciones para un buen

funcionamiento (tolerancias).

2.3.2.5 Camisas

Page 48: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Sirven para evitar el desgaste del eje con las partes que friccionan durante la

operación.

2.3.2.6 Cojinetes

A fin de permitir al eje una rotación con mínima fricción se utilizan unos dispositivos

llamados cojinetes, los mismos absorben las cargas radiales y axiales que se producen

en la operación. Así mismo mantienen al eje en una correcta alineación con las partes

estacionarias debido a las cargas antes mencionadas. [11].

Tipo de Cojinetes

Existen varios tipos de cojinetes los mismos que son utilizados de acuerdo a

las necesidades como también de acuerdo al diseño de bomba.

2.3.2.7 Rodamientos

Estos son utilizados por su bajo coeficiente de fricción. Existen varios tipos que

solamente los mencionaremos y son:

- autoalineantes a rodillos

- a bolillas una hilera

- a bolillas dos hileras

- autoalineantes dos hileras

- contacto angular doble o sencillo. [11]

2.3.2.8 Bujes antifricción

Estos son utilizados para trabajos más pesados, también existen varias formas y

tamaños. En la parte de antifricción se usan una variedad de materiales de los cuales el

Babbito es el preferido para trabajos extra pesados, se usa con una capa de 1/8” o

más. [11]

Page 49: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.3.2.9 Caja de Sellado

Las cajas de sellado, son partes de una bomba, las mismas que sirven para eliminar

las pérdidas de producto hacia fuera a través del eje.

Existen dos tipos de sellado:

1. Con empaquetaduras.

2. Con sellos mecánicos.

Con empaquetaduras

Se utiliza un conjunto de aros montados en el eje, estos pueden ser en una

sola pieza o recortados en aros individuales y colocados en un número de

acuerdo a las necesidades. Se utiliza un anillo lubricador que va en el centro

para dividir las empaquetaduras en partes iguales y también para lubricar el sistema.

El juego de empaquetaduras es regulado en dirección axial al eje con una prensa

estopa.

Hay diferentes tipos de materiales, tales como: asbestos grafitados, teflón,

metálicos y otros. Es necesario tener mucho cuidado con el líquido

bombeado. [11]

Con sellos mecánicos

Se utiliza un sistema de sellado de movimiento entre una parte rotatoria y

una estacionaria, hoy en día este método es el más ventajoso para ciertos

tipos de bombas y es necesario tener en cuenta algunas ventajas sobre el

método convencional de empaques.

1. Reducción de la fricción y de las pérdidas de potencia.

2. Eliminación o reducción de las pérdidas de producto.

3. Eliminación de desgastes en los ejes y camisas.

4. Reducción del mantenimiento.

5. Habilidad para sellar presiones altas y productos peligrosos.

Page 50: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.33 Sellos Mecánicos

YPFB-Transporte [11]

Fig. 2.34 Plan 31 Configuraciones de Sellos Hidráulicos para Bombas

YPFB-Transporte [11]

Fig. 2.35 Plan 52 Utilizado en la Unidad de Bombeo Cbba.

Page 51: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fuente: YPFB-Transporte [11]

Fig. 2.36 Plan 53 Utilizado en las Unidades de Bombeo de Buena Vista

Fuente: YPFB-Transporte [11]

Page 52: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Lubricación

La lubricación puede hacerse con grasa o aceite, dependiendo de algunos

aspectos como ser el costo, ubicación, sistema a usarse, material a usarse y

algunos otros requerimientos del usuario.

Los rodamientos por lo general usan grasa aunque algunas veces se utiliza

aceite lubricante, en los bujes antifricción se usa por lo general aceite, el mismo

que se mantiene en un reservorio donde el lubricante es enfriado por agua o por el

mismo producto bombeado. [11]

Fig. 2.37 Configuración Bomba Centrifuga [Terminal Cbba]

Fuente: YPFB-Transporte [11]

Page 53: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

Fig. 2.38 Configuración de la Bomba de Buena Vista

Fuente: YPFB-Transporte [11]

2.3.2.10 Balanceo

Dentro de una bomba centrífuga se generan presiones las mismas que ejercen fuerzas

sobre las partes estacionarias y rotatorias. El diseño de estas partes sirven para

balancear estas fuerzas y en otros casos para desbalancearlas, es así que se hace

necesario tener en cuenta varios aspectos para que el diseño sea el correcto y la

operación se desarrolle normalmente.

Para reducir el desbalanceo en este tipo de bombas se utiliza:

1. La posición de los impulsores.

2. Dispositivos de balanceo hidráulico.

3. Tambores de balanceo.

4. Discos de balanceo.

5. Tambores y discos combinados.

6. Precámara de balanceo. [11]

Page 54: Cap. II-Unidades de Compresion y Bombeo

2.3.2.11 Operación de Bombas

Se pueden hacer trabajar las bombas horizontales ya sea en paralelo como en serie.

1. Sistema Paralelo: En este sistema se montan dos bombas idénticas en

paralelo, el caudal resultante es doble mientras que la presión se mantiene

constante.

2. Sistema en Serie: En este sistema se montan dos bombas idénticas en

serie, el caudal se mantiene constante mientras la presión se duplicará. [11]