trabajo compresores
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TRABAJO DE INGENIERÍA DE GAS
COMPRESIÓN DEL GAS NATURAL
Presentado por:
KAREN ISABEL GÓMEZ 2010193023
JAVIER FELIPE RAMIREZ 2010192226
MATEO PORRAS ARAUJO 2010192102
Presentado a:
ING. GUIBER OLAYA MARIN
DONCENTE DE INGENIERÍA DE GAS
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA
FACULTAD DE INGENIERIA
ABRIL DE 2014
NEIVA-HUILA
PROBLEMA 1
Se tiene proyectado instalar una estación compresora como refuerzo (booster), para ampliar la capacidad de transporte de un gasoducto. La cantidad de gas por comprimir será de 200 MPCBD (millones de pies cúbicos por día, medidos en condiciones base), desde 600 psig hasta 1200 psig. La temperatura de succión será 100 F y la presión y temperatura base contractuales son 14.65 psia y 60 F respectivamente.
La planta compresora se instalara en un sitio localizado a 200 metros sobre el nivel del mar.
Composición del gas caballota.
COMPONENTE % Seco %Normalizado
c1 68 66.8137019c2 8 7.86043552c3 5 4.9127722
i-c4 3 2.94766332n-c4 2 1.96510888i-c5 2 1.96510888n-c5 1 0.98255444n-c6 1 0.98255444N2 1 0.98255444
CO2 5 4.9127722H2S 4 3.93021776
Agua 0 1.74455634100 100
Se desea saber qué tipo de compresor sería recomendable utilizar en esta aplicación, para cada una de las 2 siguientes opciones de instalación.
SOLUCIÓN
a. Dos compresores, cada uno con una capacidad del 100%, para que uno opere y el otro se encuentre disponible (stand-by).
ALTURA mts 200
ALTURA ft 656,16
TS (F) 100
Ps (psig) 600
Pd (psig) 1200
Q MMscfd 200
Calculo de la presión atmosférica del lugar
Patm=14.696(1−(6.86×10−6 )h)5.2554
Reemplazando
Patm=14.696(1−(6.86×10−6 ) 656.168)5.2554
=14.3517 psia
Realizamos cálculo de volumen actual de gas a la entrada del compresor. (acfm) Pies cúbicos actuales de gas por minuto.
acfm=MMscfd ( PbPs )( TsTb )( ZsZb )× 1000000 ft 31MMscf
×1dia
1440minutos
Calculamos Zs Y Zb, tenemos que las propiedades psudocriticas del gas Caballota son las siguientes:
sTc (R) 437,1727
sPc (psia)718,09508
7
calculamos Zs
CONDICIONES DE SUCCIONT ( R ) 559,67P (psia) 614,3517
Tr= TsTc
= 559.67437,1727
=¿
Pr= PsPc
=614.351662718,095087
=¿
sTr 1,280203sPr 0,85553
Aplicamos la correlación de Papay
z=1−3.52 Pr100.98Tr + 0.274 Pr2
100.8157 Tr
Zs=1−3.52 (0.85553 )
100.98 (1,280203 ) +0.274 (0.85553 )2
100.8157 (1,280203 ) =0.8512
condiciones de succionZ GUIBER 0,860256582Z papay 0,851189449
Ahora calculamos Zb
CONDICIONES BASET ( R ) 519,67P (psia) 14,65
Tr=TbTc
= 519.67437,1727
Pr= PbPc
= 14.65718,095087
sTr 1,18870634sPr 0,0204012
Utilizando la correlación de Guiber tenemos
Zb=1−( Pr
2.6+8.7Tr2 lnTr )
Zb=1−( 0.0204012
2.6+8.7 (1.1887 )2 ln (1.1887 ) )=0.9957
condiciones baseZ GUIBER 0,995682367Z papay cs 0,99511759
Reemplazando en la ecuación de capacidad efectiva obtenemos
acfm=200( 14.65614.3516 )( 559.67
519.67 )( 0.85120.9951 )×694.44=3051.0 ft3 /mi
De la fig. 13-3 con Pd e ICFM leemos el tipo de compresor:
Reciprocante multi etapas o un centrífugo multietapas
b. 3 compresores, cada uno de ellos con una capacidad del 50%, para que 2 operen y el 3 se encuentre disponible (stand-by)
acfm=MMscfd ( PbPs )( TsTb )( ZsZb )×694.44
Como la capacidad en este caso debe ser del 50% para cada compresor reemplazamos en la ecuación 100 MMscfd
acfm=100( 14.65614.3516 )(559.67
519.67 )( 0.85120.9951 )×694.44=1525.5 .0 ft 3 /mi
De la fig. 13-3 del GPSA el compresor puede ser de 2 tipos:
Reciprocante multi etapas o un centrífugo multietapas
Etapas de compresión
Determinamos el número de etapas de compresión
Relación de compresión
Rt=PdPs
=1214.3516614.3516
=1.9761
Como la relación de la primera etapa es < 4 se considerar un proceso de una sola etapa.
La figura 13-9 indica que para una Rt= 1.9761 se necesita una etapa de compresión.
Temperatura de descarga
Calculamos la temperatura de descarga, cuyo criterio definirá el número de etapas.
Como no conocemos la constante K debemos suponer una Td e iterar hasta encontrar el valor
Suponemos una Td = 200 F
Calculamos T promedio
T promedio=Td+Ts
2=200+100
2=150F
Obtenemos Cp para los componentes del gas
Componente % humedo CpCp*YI*M
WNitrogen 0,0098 0,24828 0,0683
Carbon Dioxide 0,0491 0,19908 0,4304Methane 0,6681 0,52669 5,6455Ethane 0,0786 0,40782 0,9639
Propane 0,0491 0,38852 0,8417I-Butane 0,0295 0,38669 0,6625N-Butane 0,0197 0,39499 0,4511I-Pentane 0,0197 0,3844 0,5450N-Pentane 0,0098 0,38825 0,2752
Hexanes Plus 0,0098 0,38628 0,3271H2S 0,0393 0,23839 0,3193Agua 0,0174 0,44476 0,1398
SUMATORIA 1,0000 10,6700
Cp (150 F)= 10.6700 BTU/ Lb-mol R
Con este valor calculamos K
K= 10.670010.6700−1.986
=1.2287
Calculamos Td
Td=559.67 (1.97611.2287−1
1.2287 )=635.32R
Td=175,65 F
Comparando esta temperatura con la supuesta
% error=(|175,65−200175 |)∗100=13.86
Con esta temperatura obtenida calculamos de nuevo Tpromedio y realizamos el procedimiento anterior.
T promedio=Td+Ts
2=175.65+100
2=137.83F
TABLA RESUMEN
T2(supuesta) Tpromedio Cp(gas) K T2 R T2 F % error
200 15010.755391
81.2264695
2634.67778
1175.00778
1 14.2806328
175.0077814137.50389
110.633380
81.2296649
2635.59436
5175.92436
5 0.52100983
Encontramos que Td= 175.9243 F
Como la temperatura es menor que 300 F confirmamos que en el proceso solo se requiere una sola etapa
PROBLEMA 2
Se requiere comprimir 28 MPCBD de gas natural, desde una presión de 300 psig y una temperatura de 100 F hasta una presión de 800 psig. El gas natural tiene una gravedad específica de 0.5645
Presión base= 14.65 psiaTemperatura base= 60 ºFPresión atmosférica del sitio= 14.523 psiaZb = 0.998055Factor de compresibilidad del gas a 14.4 psia y T de sución Zfs = 0.998546
¿Cuánta potencia determinada de una forma rápida y aproximada, se necesita para esta aplicación?
SOLUCIÓN
DATOS OPERACIÓNTS ( R) 559,67
Ps (psia) 314,523Pd (psia) 814,523
Q MM 28
Calculamos la relación de compresión
Rt=PdPs
=814.523314.523
=2.5897
Numero de etapas = 1
Para entrar en la ecuación necesitamos el volumen de gas a 14.4 psia y a la temperatura de succión:
P1V 1
Z1T 1
=P2V 2
Z2T 2
V 2=14.65 psia∗28Mpcbd∗0.998546∗559.67 ° R
0.998055∗519.67 ° R∗14.4 psia
V 2=30.694 MMcfd
F para una etapa es =1
Brakehorsepower=22∗(relacionde compresion )∗(¿deetapas )∗(MMcfd )∗F
Brakehorsepower=22∗2.5897∗1∗30.694∗1
Brakehorsepower=1748.336379HP
PROBLEMA 3
Un cliente desea instalar dos compresores, cada uno de ellos con una capacidad de 1200 m3/hr (medidos en condiciones base), que succionan el gas natural a una presión de 60 psig y lo descarguen a una presión de 3100 psig en un sitio que se encuentra a 110.5 msnm. La temperatura a la que se succionará el gas es de 41.0 °C (igual a la máxima temperatura ambiente).
Composición del gas CABALLOTA.
COMPONENTE % Seco %Normalizado
c1 68 66.8137019c2 8 7.86043552c3 5 4.9127722
i-c4 3 2.94766332n-c4 2 1.96510888i-c5 2 1.96510888n-c5 1 0.98255444n-c6 1 0.98255444N2 1 0.98255444
CO2 5 4.9127722H2S 4 3.93021776
Agua 0 1.74455634100 100
La presión base es 14.65 psia y la temperatura base es 60 °F.
El cliente requiere que lo asesoremos, dándole un estimativo anticipado de:
1. ¿Qué tipo de compresor debe comprar e instalar (reciprocante o centrífugo)?
2. El número de etapas de compresión.3. La presión de descarga en cada etapa.4. La temperatura de descarga en cada etapa5. La potencia requerida para accionar el compresor (supongamos que
E=0.82)
6. Si se utiliza un motor a gas, en lugar de un motor eléctrico, ¿Cuáles serían los requerimientos de combustible, considerando un consumo especifico de 9700 BTU/(HP.hr)?
7. Si el compresor fuese a succionar el gas a 30 psig y a descargarlo a 3650 psig, ¿cuántas etapas de compresión se necesitarían?
Solución
Q(M3/H) 1200Q MMSPCD 1,017062784ALTURA m 110,5
P atmosférica psia 14,50493852
CONDICIONES BASEP cs psia 14,65
T cs F 60
Calculo de la presión atmosférica del lugar
Patm=14.696∗(1−(6.86∗10−6 )∗h)5.2554
Reemplazando
Patm=14 .696∗(1−(6 .86∗10−6 )∗362 .5328)5 .2554
=14 .5049 psia
1. ¿Qué tipo de compresor debe comprar e instalar (reciprocante o centrífugo)?
calculamos la capacidad efectiva para determinar el tipo de compresor a utilizar. Pasamos de condiciones base a condiciones de succión.
DATOS
P descarga(psig) 3100Eficiencia 0,82
P succion(psig) 60T succion (F) 105,8 565,47 RT limite (F) 300
acfm=MMscfd ( PbPs )( TsTb )( ZsZb )× 1000000 ft 31MMscf
×1dia
1440minutos
Calculamos Zs Y Zb, tenemos que las propiedades psudocriticas del gas Caballota son las siguientes:
sTc (R) 437,1727
sPc (psia)718,09508
7
calculamos Zs
CONDICIONES DE SUCCIONT ( R ) 565,47P (psia) 74,5049
Tr= TsTc
= 565,47437,1727
=¿
Pr= PsPc
= 74.5049718,095087
=¿
sTr 1,29347sPr 0,103754
Aplicamos la correlación de Papay
z=1−3.52 Pr100.98Tr + 0.274 Pr2
100.8157 Tr
Zs=1−3.52 (0.103754 )
101.29347 +0.274 (0.103754 )2
100.8157 (1.29347 ) =0.980614313
condiciones de succion
Z GUIBER 0,983649509Z papay 0,980614313
Ahora calculamos Zb
CONDICIONES BASET ( R ) 519,67P (psia) 14,65
Tr=TbTc
= 519.67437,1727
Pr= PbPc
= 14.65718,095087
sTr 1,18870634sPr 0,0204012
Utilizando la correlación de Guiber tenemos
Zb=1−( Pr
2.6+8.7Tr2 lnTr )Zb=1−( 0.0204012
2.6+8.7 (1.1887 )2 ln (1.1887 ) )=0.9957
condiciones baseZ GUIBER 0,995682367Z papay cs 0,99511759
Reemplazamos en la ecuación de capacidad efectiva y obtenemos
acfm=1,0171( 14.6574.5049 )( 565.47
519.67 )( 0.98060.9951 )×694.44=148,9222 ft 3/mi
Presión de descarga = 3100 psig
De la fig. 13-3 del GPSA, leemos el tipo de compresor:
El tipo de compresor es reciprocante multietapas
2. Numero de etapas de compresión
Hallamos la relación de compresión
rt=PdP s
=3114.504974.5049
=41.8027
Como la r > 4, significa que es necesaria más de una etapa de compresión.
Usamos la siguiente ecuación para determinar el número de etapas y el rt de cada una de las etapas.
retapa=¿ etapas√r t
Los resultados obtenidos se resumen en la siguiente tabla.
ETAPASN=1 R1 41,80266437N=2 R2 6,465497998N=3 R3 3,470574097N=4 R4 2,542734355
Los resultados anteriores indican que se necesitan solo 3 etapas de compresión.
Calculamos la temperatura de descarga que nos ayuda a definir también el número de etapas. La temperatura debe ser menor a 300 F
3. Presión de descarga en cada etapa
PRIMERA ETAPA
se calcula Pd
Pd=Ps∗r1
Pd=Ps∗r1=74.5049∗3.4706=258.58 psia
SEGUNDA ETAPA
Se calcula Pd teniendo en cuenta que hay una caída de presión de 5 psi debido a tuberías y válvulas (según el GPSA). Entonces:
PERDIDAS PRESION psia 5
Ps=258.5749−5=253.5749 psia
r2=√ 3114.5049253.5749
=√122824=3.5046
Pd=253.5749∗3.51285=888,6846 psia
TERCERA ETAPA
Ps=890,7722−5=883,6846 psia
r1=3114.5049883,6845
=3.5244
Pd=883,6845∗3.5244=3114.5049 psia
ETAPA PDESCARGA r ETAPA
1 258,5749 3,47062 888,6846 3,50463 3114,5049 3,5244
4. Temperatura de descarga en cada etapa
T d=T s (rk−1k )
PRIMERA ETAPA
Para calcular Td suponemos una, y determinamos el calor específico del gas 4 a Tprom. Para calcular la constante K y hallar la Td2 que se comparara con la supuesta. Proceso iterativo.
Se supone una Td= 250 °F
Se calcula Tpromedio
T promedio=T d+T s
2=250+105.8
2=177.9 ° F
Con la tabla 13-6 obtenemos Cp para los componentes del gas
Componente %normalizada Cp(177.9) Yi*Cpi
Nitrogen 0.39855738 6.96558 0.02776183Carbon Dioxide 4.92105333 9.44066 0.46457991
Methane 72.9080391 9.13414 6.65952237
Ethane 10.2020016 14.2543 1.45422391
Propane 5.93532075 20.28446 1.20394776
I-Butane 1.15971278 26.78556 0.31063556
N-Butane 1.48119257 26.78092 0.396677
I-Pentane 0.39884081 32.89318 0.13119143
N-Pentane 0.29342137 33.04854 0.09697148
Hexanes Plus 0.30186032 39.33616 0.11874026
H2S 2 8.32022 0.1664044
Total 100 Cp 11.0306559
Cp (177.9 F)= 11.03 BTU/ Lb-mol R
Con este valor calculamos K
K= 11.03011.030−1.986
=1.22
Calculamos Td
T d=565.47 (3.47061.22−1
1.22 )=707.46 R
Comparando esta temperatura con la supuesta
% error=(|247.79−250247.79 |)∗100=0.88%
Como el error es muy bajo no hay necesidad de volver a calcular el valor de K
TABLA RESUMEN ETAPA 1
r T2(supuesta) Tpromedio Cp K T2 R T2 (F) %error3.47057413 250 177.9 11.0306559 1.21957718 707.465748 247.795748 0.88954397
Finalmente determinamos que Td1 = 247.79 °F
Internamente, el compresor tiene un sistema de enfriamiento para que la temperatura de succión en cada etapa sea casi igual a la de succión inicial (la Tsetapa = Ts+10°F).
SEGUNDA ETAPA
Se supone una Td= 250 °F
Se calcula Tpromedio
T promedio=T d+T s
2=250+115.8
2=182.9 ° F
Con la tabla 13-6 obtenemos Cp para los componentes del gas
Componente normalizada
Cp(182.9) Yi*Cpi
Nitrogen 0.39855738 6.96658 0.027765818Carbon Dioxide 4.92105333 9.46766 0.465908598Methane 72.9080391 9.16714 6.683582019Ethane 10.2020016 14.3393 1.462895613Propane 5.93532075 20.42146 1.212079152I-Butane 1.15971278 26.96756 0.31274624N-Butane 1.48119257 26.95492 0.399254272I-Pentane 0.39884081 33.11418 0.132072864N-Pentane 0.29342137 33.26154 0.097596466Hexanes Plus 0.30186032 39.58816 0.119500945H2S 2 8.32922 0.1665844Total 100 Cp 11.07998639
Cp (150 F)= 11.08 BTU/ Lb-mol R
Con este valor calculamos K
K= 11.0811.08−1.986
=1.2183
Calculamos Td
T d=575.47 (3.50461.2183−1
1.2183 )=720.51R
Comparando esta temperatura con la supuesta
% error=(|260.84−250260.84 |)∗100=4.16%
Con esta temperatura obtenida calculamos de nuevo Tpromedio y realizamos el procedimiento anteriormente descrito
TABLA RESUMEN ETAPA 2
r T2(supuesta) Tpromedio Cp K T2 R T2 (F) %error3.5046 250 182.9 11.079986
41.2183860
8720.51798
8260.84798
84.158739
3.5046 260.8479879 188.3239939
11.1332633
1.21711412
720.467057
260.797057
0.019528
Finalmente determinamos que Td2 = 260.797 °F
TERCERA ETAPA
Se supone una Td= 260 °F
Se calcula Tpromedio
T promedio=T d+T s
2=260+115.8
2=187.9 ° F
Con la tabla 13-6 obtenemos Cp para los componentes del gas
Componente normalizada Cp(187.9) Yi*Cpi
Nitrogen 0.39855738 6.96758 0.0277698
Carbon Dioxide 4.92105333 9.49466 0.46723728
Methane 72.9080391 9.20014 6.70764167
Ethane 10.2020016 14.4243 1.47156731
Propane 5.93532075 20.55846 1.22021054
I-Butane 1.15971278 27.14956 0.31485692
N-Butane 1.48119257 27.12892 0.40183155
I-Pentane 0.39884081 33.33518 0.1329543
N-Pentane 0.29342137 33.47454 0.09822145
Hexanes Plus 0.30186032 39.84016 0.12026163
H2S 2 8.33822 0.1667644
Total 100 Cp 11.1293169
Cp (150 F)= 11.129BTU/ Lb-mol R
Con este valor calculamos K
K= 11.12911.129−1.986
=1.2172
Calculamos Td
T d=575.47 (3.52441.2172−1
1.2172 )=720.524 R
Comparando esta temperatura con la supuesta
% error=(|260.8544−260260.8544 |)∗100=0.3275%
TABLA RESUMEN ETAPA 3
Etapas: 2 T2(supuesta) Tpromedio(F) Cp K T2 R T2(F) %error3.5244 260 187.9 11.129316
91.2172078
3720.52446
8260.85446
80.3275650
7
Finalmente determinamos que Td3 = 260.8544 °F
5. La potencia requerida para accionar el compresor (suponemos que E=0.82)
BHP=∑ BHP /stage
BHPstage
=3.03∗Zavg∗(QgT sE )∗( k
k−1 )∗( PLT L)∗(( PdP s )(
k−1k )
−1) Calculamos Zs y Zd de cada una de las etapas
calculamos Zavg para cada una de las etapas con la siguiente ecuación:
Zavg=Z s+Zd
2
sabiendo que las propiedades pseudocriticas del Gas Caballota son las siguientes:
sTc (R) 437,1727
sPc (psia)718,09508
7
ETAPA 1
BH P1=80,3918
ETAPA 2SUCCION
Condiciones de SUCCION
SPC 718,0950865STC 437,1727STR 1,293470425SPR 0,103753584Zs 0,983649509
Condiciones de DESCARGA
SPC 639,4764154STC 418,2638369STR 2,18307676SPR 0,404354099Zd 0,988437567
Z PROM 0,986043538
SPC 718,0950865STC 437,1727STR 1,327781805SPR 0,353121633Zs 0,94918025
DESCARGA
SPC 639,4764154STC 418,2638369STR 2,249009496SPR 1,389706599Zd 0,977371287
Z PROM 0,963275768
BH P2=3.03∗0.9633∗( 1.0171∗575.470.82 )∗( 1.2117
1.2117−1 )∗( 14.65519.67 )∗(( 888,6846
253.58 )(1.2117−1
1.2117 )−1)BH P2=79,2066
ETAPA 3SUCCION
SPC 718,095087STC 437,1727STR 1,36209319SPR 1,23059552Zs 0,83258807
DESCARGA
SPC 639,476415STC 418,263837STR 2,31189382SPR 4,87039844Zd 0,99218919
Z PROM 0,91238863
BH P3=3.03∗0.9123∗( 1.0171∗575.470.82 )∗( 1.2117
1.2117−1 )∗( 14.65519.67 )∗(( 3114.50
888,6846 )(1.2117−1
1.2117 )−1)BH P3=75,3901
La BHP total resultara de la sumatoria de la potencia para cada etapa
BH Ptotal=80,3918+79,2066+75,3901=234,9885
6. Si se utiliza un motor a gas, en lugar de un motor eléctrico, ¿Cuáles serían los requerimientos de combustible, considerando un consumo especifico de 9700 BTU/(HP.hr)?
Consumo específico: 9700 BTU/hr hp
Poder calorífico bruto real del gas caballota (PCI): 1048,706 BTU/PC
Calculamos el volumen de combustible requerido
s fcD= 9700BTU /hr997.2 BTU /PC
×24hr1dia
×237.06=52624,4419 ft3 /día
7. Etapas de compresión a otras condiciones
Ps (psig) 30 Ps (psia) 44,67Pd (psig) 3650 Pd (psia) 3664,67
Calculamos la relación de compresión para estas condiciones
Relación de compresión
rt=PdP s
=3664.504944.5049
=82.3394
Ahora calculamos numero de etapas
retapa=¿ etapas√r t
ETAPASN=1 R1 82,33935814N=2 R2 9,07410371N=3 R3 4,350466469N=4 R4 3,012325299
Bajo estas condiciones de operación será necesario un compresor con 4 etapas
PROBLEMA 4.
Para las condiciones de operación planteadas en el problema No. 2, se instaló un compresor reciprocante de una etapa con dos cilindros.
Cada uno de los cilindros tiene las siguientes especificaciones:
Diámetro interior del cilindro: 6.625” Diámetro de la barra del pistón: 1.750” Máxima carga permisible sobre la barra del pistón, en compresión: 21,000
lbf Máxima carga permisible sobre la barra del pistón, en tensión: 19,000 lbf
Solución
PISTON doble acciondiametro cada cilindro D(in) 6,625
diametro barra d(in) 1,75stroke S(in) 3,5
volumenmuertoC% 15,92RPM 1400
Carga máx. sobre piston tension 19000 lbfCarga máx. sobre piston compresión 21000 lbf
DATOS OPERACIÓNUnidades absolutas
TS 100 °F 559,67 °RPs 300 psig 314,523 psiaPd 800 psig 814,523 psia
Tbase 60 °F 519, 67 °RPbase 14.65 psia 14.65 psiaPatm 14.523 psia 14.523 psia
Q 28 Mscfd
CARGA MAX SOBRE PISTÓN COMPRESIÓN
CARGA MAX SOBRE PISTÓN TENSIÓN
1. Determinar si, con las condiciones actuales de operación, no se sobrepasan los valores máximos permisibles de las cargas sobre la barra del pistón.
8. Esfuerzos de compresión
ESV (C )= π4∗[ ((8 14.523)−(314.523))∗6.6252+(314.523)∗1.7502 ]
ESV (C )=17991.8856 lbf
9. Esfuerzos de tensión
ESV (T )= π4∗[ ((814.523)−(314.523))∗6.6252−(814.523)∗1.7502 ]
ESV (T )=15276.27798 lbf
condicionesPSUCCION psia 314,523 PDESCARGA psia 814,523
ESFUERZOS BASTAGO TENSION 15276,27798 lbfESFUERZOS BASTAGO
COMPRESION 17991,8856 lbf
Estos resultados indican que a condiciones actuales de operación el compresor operara a esfuerzos que están por debajo de su resistencia máxima.
2. ¿Qué ocurriría si la presión de succión se mantiene igual y la presión de descarga se incrementa a 850 psig?
ESV (C )= π4∗[ ((8 64.523)−(314.523))∗6.6252+(314.523)∗1.7502 ]
ESV (C )=19715.42436 lbf
ESV (T )= π4∗[ ((86 4.523)−(3 14.523))∗6.6252−(864.523)∗1.7502 ]
ESV (T )=16879.55558 lbf
condicionesPSUCCION psia 314,523 PDESCARGA psia 864,523
ESFUERZOS BASTAGO TENSION 16879,55558 lbfESFUERZOS BASTAGO COMPRESION 19715,42436 lbf
Si el compresor opera a estas condiciones no hay problema pues bajo estas condiciones su resistencia máxima no es superada.
3. ¿Qué ocurriría si la presión de succión se mantiene igual y la presión de descarga se incrementa a 900 psig?
ESV (C )= π4∗[ ((91 4.523)−(3 14.523))∗6.6252+(314.523)∗1.7502 ]
ESV (C )=21438,96312lbf
ESV (T )= π4∗[ ((91 4.523)−(3 14.523))∗6.6252−(914.523)∗1.7502 ]
ESV (T )=18482,83318 lbf
condicionesPSUCCION psia 314,523 PDESCARGA psia 914,523
ESFUERZOS BASTAGO TENSION 18482,83318 lbfESFUERZOS BASTAGO COMPRESION 21438,96312 lbf
A estas condiciones de operación, el trabajo de compresor pes menos eficiente, pues por compresión bajo estas condiciones se supera el valor de resistencia máxima a la compresión, además el esfuerzo por tensión es muy cercano al límite permisible.
4. ¿Qué ocurriría si la presión de succión se baja a 250 psig y la presión de descarga se incrementa a 850 psig?
ESV (C )= π4∗[ ((86 4.523)−(26 4.523))∗6.6252+(264.523)∗1.7502 ]
ESV (C )=21318,70196lbf
ESV (T )= π4∗[ ((86 4.523)−(26 4.523))∗6.6252−(864.523)∗1.7502 ]
ESV (T )=18603,09434 lbf
condicionesPSUCCION psia 264,523 PDESCARGA psia 864,523
ESFUERZOS BASTAGO TENSION 18603,09434 lbfESFUERZOS BASTAGO COMPRESION 21318,70196 lbf
Igual que a las condiciones anteriores, se puede esperar una falla en el compresor ya que está operando a condiciones críticas.
PROBLEMA 5
Para las necesidades de compresión planteadas en el problema 2, se recibió la oferta de 2 compresores usados, de una etapa, cada uno de ellos con las siguientes características, en la parte compresora
Número de cilindros: 2Diámetro de cada cilindro: 8 in.Los cilindros son de doble acciónDiámetro de la barra del pistón: 1.75 inRecorrido (stroke): 3.5 inPorcentaje de volumen muerto total: 15.92%Velocidad: 1400 rpm
Definir si estos compresores tienen la capacidad requerida para las condiciones de operación planteadas
Solución
Nº CILINDROS 2diametro cada cilindro D(in) 8
diametro barra d(in) 1,75strokeS (in) 3,5
volumenmuertoC% 15,92RPM 1400
DATOS OPERACIÓNUnidades absolutas
TS 100 °F 559,67 °RPs 300 psig 314,523 psiaPd 800 psig 814,523 psia
Tbase 60 °F 519, 67 °RPbase 14.65 psia 14.65 psiaPatm 14.523 psia 14.523 psia
Q 28 Mscfd
Calculamos el volumen desplazado por cada cilindro del compresor con la siguiente ecuación:
PD=4.55∗10−4∗3.5*1400Rpm*(2* {8¿2−1.75 } ^ {2} ¿
PD=278.548cu FT /min
Quitando el volumen muerto del cilindro (15.92%) y multiplicando por la cantidad de cilindros (2) obtenemos el volumen total efectivo de cada compresor PD=468.406 cuFT/min
468.406 Ft3
min∗60min
1hr∗24hr
1dia=674505.096
Ft3
dia
Son dos compresores los ofertados para obtener un total de:
1.349Millones Ft3
dia
Calculamos el volumen de gas a las condiciones de succión para eso se hace necesario calcular el valor Z a las condiciones de succión:
condiciones de succionZ GUIBER 0.928461177
P1V 1
Z1T 1
=P2V 2
Z2T 2
V 2=14.65 psia∗28Mpcbd∗0.928461177∗559.67 ° R
0.998055∗519.67 ° R∗314.5049 psia
V 2=1.3067Millones Ft3
dia(condiciones desuccion)
Como podemos apreciar el volumen de gas es menor que el que puede manejar el compresor por 42300 cuFt/dia por lo tanto dichos compresores si tienen la capacidad requerida para manejar ese caudal de gas en esas condiciones.