Compresor2

Instituto Tecnológico de Costa Rica

Escuela de Ingeniería Electrónica

Trazador de ruta segura para el arranque y paro de un compresor

centrífugo.

Informe de Proyecto de Graduación para optar por el título de

Ingeniero en Electrónica con el grado académico de Licenciatura.

Walter Chavarría Díaz

Cartago, Enero 2012.

RESUMEN

La necesidad de un aumento de presión para diferentes procesos de la industria

actual lleva a la incorporación de compresores centrífugos que se encuentran

encendidos durante largos periodos de tiempo. El funcionamiento de estos

equipos es descrito por curvas de trabajo propias de cada compresor en las

cuales se demarcan zonas de estabilidad donde se debe mantener el 100% del

tiempo de actividad del equipo, en caso contrario se provocarían daños

importantes en los sistemas del mismo.

La solución propuesta establece una trayectoria estática de aceleración,

manipulada por la velocidad y el flujo másico de entrada. En todo momento se

toman en cuenta los límites de estabilidad y la eficiencia del equipo. Se

consideran variables como peso molecular, temperatura de entrada y presión de

entrada para la determinación de la zona de trabajo segura.

Al ser primordial la seguridad en la industria donde se esta proponiendo la

solución, se hace el sacrificio de eficiencia con el fin de ganar la seguridad de

mantenerse en zona de estabilidad el 100% del tiempo del funcionamiento del

equipo.

ABSTRACT

The need for increased pressure for different current industry processes lead the

incorporation of centrifugal compressors that are during long periods of time in ON

state. Each equipment is described by it own behavior curve where are demarcate

zones of stability where the compressor should be maintained the 100% of the

time, otherwise it would cause major damage to the whole system.

The solution that is proposed provides a static path for the system acceleration,

this works changing the speed and mass flow values. At the same time is

considered the proximity to the instability zone and the equipment efficiency.

There are considered variables like molecular weight, inlet temperature and inlet

pressure to determinate the safety of the work area.

Because in the industry where the solution is being proposed the security is on

first it is a sacrifice on efficiency in order to gain security to be on stability zone

during the 100% of the time of the operation of the equipment.

ÍNDICE GENERAL.

Capítulo 1 Introducción ......................................................................................... 1 1.1 Entorno. ....................................................................................................... 1 1.2 Generalidades. ............................................................................................ 4 1.3 Síntesis del problema. ................................................................................. 4 1.4 Enfoque a la solución. ................................................................................. 4 Capítulo 2 Meta y Objetivos. ................................................................................. 7 2.1 Meta. ............................................................................................................ 7 2.2 Objetivo general. .......................................................................................... 7 2.3 Objetivos específicos ................................................................................... 7 Capítulo 3 Marco teórico ....................................................................................... 8 3.1 Inestabilidades de un compresor. ................................................................ 8 3.2 Compresor Centrífugo. ................................................................................ 8 3.3 Operación del compresor ............................................................................ 9 Capítulo 4 Procedimiento metodológico ............................................................. 14 4.1 Reconocimiento y definición del problema. ............................................... 14 4.2 Obtención y análisis de información. ......................................................... 14 4.3 Evaluación de las alternativas y síntesis de una solución. ........................ 17 4.3.1 Análisis de vibraciones del sistema. .................................................... 17 4.3.2 Manipulación de flujo de entrada y velocidad del rotor. ....................... 18 Capítulo 5 Descripción detallada de la solución. ................................................ 19 5.1 Estimación de línea de control, trayectoria de arranque. .......................... 19

5.1.1 Calculo de eficiencia para un punto de trabajo diferente a los

considerados por el fabricante. ....................................................................... 19 5.1.2 Trazo de la línea de control. ................................................................ 23 5.2 Análisis de soluciones y selección final ..................................................... 26 5.3 Descripción del hardware .......................................................................... 27 5.3.3 Instrumentación y dispositivos de seguridad. ...................................... 27 5.3.4 Red de comunicaciones. ..................................................................... 29 5.3.5 Controlador lógico programable (PLC). ............................................... 30 Capítulo 6 Análisis de Resultados ...................................................................... 31 6.1 Resultados ................................................................................................. 31 Capítulo 7 Conclusiones y recomendaciones ..................................................... 37 7.1 Conclusiones. ............................................................................................ 37 7.2 Recomendaciones ..................................................................................... 38 7.3 Bibliografía ................................................................................................. 39 7.4 Apéndices .................................................................................................. 40 7.5 Anexos ....................................................................................................... 45

ÍNDICE DE FIGURAS.

Figura 1.1. Curva característica típica de un compresor centrífugo ....................... 2 Figura 1.2. Diagrama general de solución propuesta. ........................................... 5 Figura 3.1. Diagrama general de un compresor rotativo. [4] .................................. 9 Figura 3.2. Flujo característico de un compresor centrífugo. [4] ............................ 9 Figura 3.3. Mapa de operación de un compresor centrífugo [4]. ......................... 10 Figura 3.4. Presión de salida antes y durante Surge [5]. ...................................... 11 Figura 3.5. Mapa de un compresor centrífugo en Surge profundo [4]. ................ 12 Figura 3.6. Comportamiento transitorio de un sistema de compresión [5]. ........... 13 Figura 4.1. Visualizador actual de desempeño del compresor PC-301B,

RECOPE, Moín. ............................................................................................. 15 Figura 4.2. Límites para la zona de estabilidad. .................................................... 16 Figura 4.3. Visualización de captura de vibraciones con grandes amplitudes y

repeticiones continuas ................................................................................... 17 Figura 5.1. Gráfica de coeficientes característicos del compresor PC-301B. ....... 21 Figura 5.2. Diagrama de flujo sobre la predicción de la eficiencia y otras variables

como presión y temperatura de descarga [7]. ................................................ 22 Figura 5.3. Gráfica de saltos energéticos contra flujo volumétrico, para diferentes

velocidades. ................................................................................................... 24 Figura 5.4. Gráfica de Flujo másico contra velocidad del rotor. ........................... 25 Figura 5.5. Gráfica de eficiencia contra flujo másico para diferentes velocidades.

....................................................................................................................... 25 Figura 5.6. Posibles rutas de aceleración, basándose en eficiencia y en

seguridad. ...................................................................................................... 26 Figura 5.7. Sistema requerido para la implementación propuesta. ...................... 28

Figura 6.1. Información histórica de Schilling y flujo másico brindador por

RECOPE. ....................................................................................................... 31 Figura 6.2. Gráficas de pruebas para los valores de Schilling de la Tabla 6.1; de

izquierda a derecha, Schilling de 0,2561, 0,27 y 0,24. .................................. 32 Figura 6.3. Valores de Schilling permitidos para el compresor PC-301B. ............ 33 Figura 6.4. Rangos de temperatura de validos para la solución propuesta. ........ 33 Figura 6.5. Rangos de presión validos para la solución propuesta. ..................... 34 Figura 6.6. Gráfica de flujo másico contra relación de presiones. ....................... 36

ÍNDICE DE TABLAS.

Tabla 5.1. Datos conocidos

...