cap. ii-unidades de compresion y bombeo
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CAPÍTULO II
UNIDADES DE COMPRESION Y/O 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].
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]
Fig. 2.1 Placa de Identificación
Fuente: [2.1]
Figu.2.2 Placa de Identificación Compresor 1 de Sica-Sica
Fuente: [2.1]
Figura. 2.3 Vista lado derecho Motor L5794GSI de 12 cilindros
Fuente: [2.2]
Figura. 2.4 Vista lado Izquierdo Motor L5794GSI de 12 cilindros
Fuente: [2.2]
Figura 2.5 Vista Trasera – 12 clindros
Fuente: [2.2]
DESCRIPCION DEL SISTEMA COMBUSTIBLE
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.
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
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]
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
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
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]
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.
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]
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]
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.
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.
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]
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.
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.
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
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
.
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.
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
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.
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]
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.
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
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
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
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
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
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
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]
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
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
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
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
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
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]
Fig. 2.29 Sistema de Lubricación Forzada
Fuente: [10]
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.
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.
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]
Fig. 2.31 Partes de una Bomba CentrÍfuga
YPFB-Transporte [11]
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
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]
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.
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.
Fuente: YPFB-Transporte [11]
Fig. 2.36 Plan 53 Utilizado en las Unidades de Bombeo de Buena Vista
Fuente: YPFB-Transporte [11]
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]
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]
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]