Presentación inspección de equipos rotativos y reciprocantes (alejandro pino

INSPECCIÓN DE EQUIPOS ROTATIVOS
Y RECIPROCANTES
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA
EDUCACIÓN SUPERIOR CIENCIAY TECNOLOGÍA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN
(46) ING. MANTENIMIENTO MECÁNICO
SECCIÓN: V (VIRTUAL)
Asesor: Autores:
Ing. Amalia, Palma Luiggy Alejandro, Pino C.I:24.123.448
Jeulis Yatcena, Siso C.I:14.101.921
Maturín, Febrero de 2018

COMPRESORES RECIPROCANTES
Es un compresor de desplazamiento positivo, en el que la compresión se obtiene por
desplazamiento de un pistón moviéndose lineal y secuencialmente de atrás hacia adelante
dentro de un cilindro; reduciendo de esta forma, el volumen de la cámara (cilindro) donde
se deposita el gas; este efecto, origina el incremento en la presión hasta alcanzar la presión
de descarga, desplazando el fluido a través de la válvula de salida del cilindro. A
continuación describiremos el ciclo ideal y el real en un compresor reciprocante.
En el ciclo ideal de la compresión, la descarga del gas comprimido es 100%. El vector A-B
representa el movimiento del stroke o carrera de succión en el cual el gas empieza a
ingresar al cilindro a través de la válvula de succión hasta el volumen V1 que es el volumen
total del cilindro de compresión, durante éste movimiento la presión P1 permanece
constante y es igual a la presión en la succión o tubería de carga al compresor.

En el punto “B”, la fuerza desarrollada por el motor del compresor actúa positivamente y
comprime el gas hasta el punto “C” en el cual se alcanza la presión deseada de descarga P2
y es éste el momento en el cual la válvula de salida se abre permitiendo la transferencia
total del gas del cilindro de compresión al sistema en el punto D.
En la realidad los equipos de compresión no son perfectos, ni se puede pensar en una
compresión ideal, por lo que es mejor analizar el ciclo real que sucede en un compresor
reciprocante, modelo más conocido en el campo petrolero.

 Posición 1: Este es el inicio del stroke o carrera de compresión. El cilindro está lleno de
gas a la presión de succión. El pistón empieza a desplazarse para llegar a la posición 2, el
gas es comprimido por éste desplazamiento del pistón y está representado por el tramo
curvo 1-2.
 Posición 2: En éste punto la presión del cilindro supera en un diferencial a la
presión existente en la tubería de descarga. Este diferencial origina la apertura
de la válvula de la descarga. La descarga o transferencia de gas continúa hacia la
tubería . Esta acción está representada por el tramo 2-3 en el diagrama y por el
cambio de posición del pistón desde la posición 2 a la posición 3.

 Posición 3: En ésta posición, el pistón completó toda la descarga o transferencia del gas
desde el cilindro de compresión hasta la tubería o línea de descarga. En éste instante
termina el stroke o carrera de descarga. Es obvio que el diseño de un compresor no pueda
lograr un acoplamiento perfecto de las superficie circular del pistón y el extremo del
cilindro, éste es el origen del volumen remanente de gas, el cual recibe el nombre de
clearance volumen 0 volumen muerto.
 Posición 4: En éste punto, al estar la presión del cilindro igualcon la presión de
succión o de carga al compresor, y empezar el stroke o carrera de succión, se
produce la apertura de la válvula de succión permitiendo el ingreso del gas al
cilindro. Esta acción está representada por el tramo 4-1.

La compresión del gas natural origina también incremento de temperatura, éste
incremento de temperatura hace necesario enfriar el gas para que pase a la siguiente etapa
de compresión a la temperatura adecuada. Después de la exposición de los ciclos ideal y
real de compresión pasamos a conocer otros conceptos necesarios para poder calcular un
compresor de gas.
 Desplazamiento del pistón: “PD”: Es el volumen de gas natural desplazado por el pistón
en su desplazamiento desde la Posición 1 (botton dead center) hasta la posición 3 (top dead
center). El “PD” se expresa normalmente en pies cubico por minuto, PCM.
 Relación de compresión: Se define como la relación de la presión absoluta de descarga
entre la presión absoluta de la succión o carga de un cilindro compresor. En el gráfico del
ciclo real de compresión, el trazo 2-3 representa la presión de descarga y el trazo 4-1
representa la presión de succión o carga al cilindro compresor.
 Espacio muerto: Es el volumen remanente en el cilindro compresor al final del stroke o
carrera de descarga. En el gráfico del ciclo real el punto 3 el volumen del espacio muerto.
Este incluye el espacio entre el final del pistón y el cabezo del cilindro, el espacio libre en las
válvulas de succión y descarga, entre estas y sus respectivos asientos.

 Porcentaje de espacio muerto: Es el volumen de espacio muerto, pero expresado como
porcentaje del desplazamiento del pistón.
 Constante K de los gases: Es un valor adimensional que se obtiene de la relación entre
calores específicos.
 Eficiencia volumétrica: Se representa por “Ev” y como su nombre lo indica sirve para
medir la eficiencia volumétrica de un cilindro compresor. La Eficiencia Volumétrica es
afectada por el Espacio Muerto (CL).
 Potencia (Horsepower): La potencia requerida para un cilindro compresor depende de
la cantidad neta de trabajo que se necesita durante un ciclo completo de compresión. Las
pruebas reales efectuadas en talleres y laboratorio, permiten preparar, curvas de
potencia por unidad de volumen.
 Leyes de los Gases Ideales: Las leyes de los gases ideales nos permiten analizar el
comportamiento de los Gases Ideales.
 Concepto de Presión Absoluta: La Presión Absoluta es igual a la suma de la Presión
Manométrica más la Presión Atmosférica tomada a nivel del mar, es decir 14.73.

 Concepto de Temperatura Absoluta: La temperatura absoluta se expresa en grados
Rankine y se calcula sumando 460º a la temperatura real medida en grados Fahrenheit.
 Ley de Boyle:: A temperatura constante ( en termodinámica se conoce como proceso
isotérmico) el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión absoluta.
 Ley de Charles: A presión constante ( en termodinámica se conoce como proceso
adiabático) el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

 Ley combinada de de las Leyes de Boyle y Charles:
 Ecuación Característica de un gas perfecto: Esta ecuación es necesaria para las
conversiones entre pesos y volúmenes de los gases.
 Calculo de la constante K: El valor K de un gas está en función de la relación de los
calores específicos a presión constante y a volumen constante.

TIPOS DE COMPRESORES
RECIPROCANTES
 Simple Etapa: Son compresores con una sola relación de compresión, que incrementan
la presión una vez; solo poseen un depurador inter tapa, un cilindro y un enfriador inter
etapa (equipos que conforman una etapa de compresión) generalmente se utilizan como
booster en un sistema de tuberías. es de simple efecto cuando trabaja sobre una sola cara
del mismo y precisamente aquella dirigida hacia la cabeza del cilindro. La cantidad de aire
desplazado igual a la carrera por sección del pistón.

RECIPROCANTES
 Doble Etapa: Son compresores que poseen varias etapas de compresión, en los que cada
etapa incrementa progresivamente la presión hasta alcanzar el nivel requerido. El número
máximo de etapas, puede ser 6 y depende del número de cilindros; no obstante, el número
cilindros no es igual al número de etapas, pueden existir diferentes combinaciones. El
pistón es de doble efecto cuando trabaja sobre sus dos caras y delimita dos cámaras de
compresión en el cilindro. Así, el volumen engendrado es igual a dos veces el producto de la
sección del pistón por la carrera

RECIPROCANTES
 Balanceado - Opuesto: Son compresores separables, en los cuales los cilindros están
ubicados a 180º a cada lado del frame.
 Integral: Estos compresores utilizan motores de combustión interna para trasmitirle la
potencia al compresor; los cilindros del motor y del compresor están montados en una sola
montura (frame) y acoplados al mismo cigüeñal. Estos compresores pueden ser de simple o
múltiples etapas y generalmente son de baja velocidad de rotación 400 – 900RPM. Poseen
una eficiencia y bajo consumo de combustible; sin embargo, son mas costosos y difíciles de
transportar que los separables; a pesar de esto, hay muchas aplicaciones en tierra donde
esta es la mejor opción. entre sus ventajas se encuentran:
 Alta eficiencia.
 Larga vida de operación.
 Bajo costo de operación y mantenimiento comparado con los separables de alta
velocidad.

RECIPROCANTES
 Separable: En este equipo, el compresor y el motor poseen cigüeñales y monturas
diferentes acoplados directamente. Generalmente, vienen montados sobre un skid y pueden
ser de simple o múltiples etapas. Los compresores reciprocantes separables en su mayoría
son unidades de alta velocidad 900 – 1800 RPM que pueden ser accionados por motores
eléctricos, motores de combustión interna o turbinas, manejan flujos menores de gas que
los integrales y pueden tener una potencia de hasta 5000 HP. Entre sus ventajas se
encuentra:
 Pueden ser montados en un skid; son de fácil instalación y transporte y poseen amplia
Flexibilidad operacional

RECIPROCANTES
 Pistón Libre: Se trata de un arreglo especial, en donde el compresor se encuentra
integrado a un motor diésel de manera tal que no existe conexión mecánica alguna. En
principio, se trata de un diseño sencillo, pero en la práctica, el diseño es sumamente
complicado debido a la necesidad de sincronismo de los pistones, y de un sistema de
arranque.
 Tipo Laberinto: Este es un tipo especial de compresor de desplazamiento positivo que
trabaja sin anillos en el pistón y suministra aire excento de aceite.

RECIPROCANTES
 De diafragma: Este es un tipo de compresor libre de aceite, en donde el elemento
principal de composición es una membrana flexible en lugar de un pistón.
 De aletas: Son máquinas que tienen aletas dispuestas en ranuras axiales sobre un rotor
montado excéntricamente dentro de una carcaza cilíndrica. El principio de funcionamiento
de estos compresores es el siguiente: Cuando el rotor gira las aletas se pegan contra la
carcaza por acción de la fuerza centrifuga, sellándose así el especio entre dos aletas
consecutivas.

RECIPROCANTES
 Compresores de anillo líquido: Son compresores exentos de aceite y sin válvulas, con
relación de compresión fija. Este tipo de compresores están constituidos por un rotor con
alabes fijos, montados excéntricamente dentro de una cámara circular, de manera similar a
los compresores de aletas deslizantes.
 Compresores de tornillo: Son máquinas donde los rotores helicoidales engranados entre
si y ubicados dentro de una carcaza, comprimen y desplazan el gas hacia la descarga. Los
lóbulos de los dos rotores no son iguales; los ajustan en las cavidades de la hembra o rotor
conducido. Los rotores pueden no tener el mismo número de lóbulos. Por lo general el rotor
principal tiene menos lóbulos y por ello opera a mayor velocidad.

RECIPROCANTES
Compresores dinámicos: Son máquinas de flujo continuo en donde se transforma la
energía cinética (velocidad) en presión.
 Eyectores: Podemos mencionar que el principal uso de los inyectores se a dirigido hacia
la compresión de gases desde una presión inferior a la atmosférica hasta un valor
ligeramente superior a esta.

RECIPROCANTES
 Compresores axiales: Estos compresores se caracterizan porque el flujo sigue la
dirección de su eje. El compresor esta formado por filas alternadas de álabes móviles y
álabes fijos. Los álabes móviles se encuentran dispuestos radialmente en su rotor, mientras
que los fijos son solidarios al estator. El principio de funcionamiento de estos equipos es el
siguiente: los álabes móviles imparten velocidad y presión al fluido al girar el rotor, luego
en los álabes fijos la velocidad es convertida en presión por expansión, de manera similar a
como ocurre en los compresores radiales.

RECIPROCANTES

CARACTERISTICAS DE LOS
De acuerdo con la aplicación de los compresores se deben definir sus características de
diseño de instalación y de mantenimiento guardando una delicada relación entre el trabajo
a realizar, la eficiencia y rendimiento del equipo, los estándares de conservación ambiental
y la economía en los diferentes procesos:
 Potencia: Capacidad determinada en caballos de fuerza (Hp) o Kilowatios
hora (Kw/h) para determina la cantidad de trabajo por unidad de tiempo que
puede desarrollar el compresor.
 Tensión: Es el trabajo o diferencia de potencial de corriente alterna medida en
voltios (VAC) cuando el compresor funciona movido por una motor eléctrico, y
puede ser desde monofásico a 110V o 220 V hasta trifásico a 360V, 400V, 460V o
575V.
 Frecuencia (Hz): Es la variación por segundo de la polaridad de la corriente
estandarizada en 50 Hz para Europa y otras zonas industrializadas y 60 Hz para
gran parte de Latinoamérica.

CARACTERISTICAS DE LOS
 Intensidad de corriente: Es el consumo de energía eléctrica medida en
Amperios (A) el cual se encuentra en proporción directa con la capacidad de
trabajo eléctrico del motor y su medida es uno de los parámetros de puesta a
punto del sistema, es decir de las condiciones de trabajo del equipo.
 Coeficiente de Operación (COP): corresponde a la relación entre el efecto
refrigerante neto o calor que absorbe el refrigerante del producto y el proceso de
compresión o calor que absorbe el refrigerante en el compresor, esta medida
determina la eficiencia neta del trabajo del compresor que debe ser un valor
mayor a 3 para que el efecto de evaporación sea mayor que el efecto de la
compresión y se dé el efecto refrigerante en el equipo.
 Rendimiento Energético (EER): Es la relación entre la Potencia mecánica del
compresor y la potencia eléctrica dada en Btu/Wattios hora, indica la cantidad de
calor transformado por energía eléctrica consumida.

USO Y APLICACIONES DE
Los compresores reciprocantes, se utilizan generalmente para los siguientes servicios:

USO Y APLICACIONES DE
Sin embargo, existen aplicaciones específicas donde se requiere utilizar compresores
reciprocantes:
 Altas presiones de descarga, los compresores reciprocantes tienen un amplio rango de
presiones mayores que el centrífugo.
 Disponibles para bajos flujos de gas, inferiores al menor flujo de los centrífugos.
 Son mucho menos sensibles a la composición del gas y a propiedades cambiantes que los
compresores dinámicos; esta propiedad es muy importante, ya que a medida que un pozo
petrolero se agota, el gas pasa de ser un gas rico a un gas pobre; y este cambio afecta a los
compresores dinámicos
 Poseen mayor flexibilidad operacional, ya que con solo cambio en los cilindros o ajuste
de los pockets pueden ajustarse a nuevas condiciones de proceso.

PARTES DE COMPRESORES
RECIPROCANTES
 Cilindro: es el recinto por donde se desplaza un pistón. Su nombre proviene de su forma,
aproximadamente un cilindro geométrico.
 Pistón: El pistón es una de las partes más simples, pero tiene la principal función de
todas las partes del compresor, que es trasladar la energía desde el cigüeñal hacia el gas que
se encuentra en los cilindros.
 Anillos del pistón: En los compresores reciprocantes se emplean anillos de compresión,
anillos de aceite y anillos montantes. Los anillos de compresión se utilizan en todos los
casos, mientras que el empleo de los anillos de lubricación y de los montantes dependerá del
tipo de compresor y su servicio.
 Empaquetadura del vástago del pistón: Los compresores que poseen pistones de doble
acción, que son impulsados por medio de una cruceta al vástago del pistón, necesitan de un
sellado en lado cigüeñal para evitar fugas de presión del gas hacia el espaciador por eso se
necesita una empaquetadura.
 Cruceta: La cruceta es un embolo rígido que transmite el empuje de la biela hacia el
pistón.

RECIPROCANTES
 Biela: La biela esta sujetada al cigüeñal y a la cruceta, esta transmite el movimiento
alternativo desde el cigüeñal al pistón. La biela es normalmente construida de aleaciones de
acero y debe tener una dura y pulida superficie particular, donde está en contacto con la
empaquetadura en los cilindros de doble acción.
 Cigüeñal: Se encuentra instalado dentro de la montura y es el elemento que transmite la
potencia del motor hacia las bielas.
 Cojinetes: La mayoría de los compresores utilizan cojinetes hidrodinámicos, el aceite
entra al cojinete a través de los agujeros de suministro, que van perforados
estratégicamente a lo largo de la circunferencia del cojinete que suministran y distribuyen
formando una película de aceite en el contacto entre las partes móviles y estacionarias.
 Válvulas: Permiten la entrada y salida de gas al cilindro; en caso de cilindros de doble
acción, existen válvulas de succión a ambos lados del cilindro, mientras que en cilindros de
simple acción sólo se encuentran en un solo lado. Las válvulas pueden ser de placa, lengüeta
y la más aplicada para gas natural la de discos concéntricos.

RECIPROCANTES

FUNCIONAMIENTO DE
El funcionamiento de los compresores reciprocantes se basa en un movimiento alternativo
realizado por el conjunto biela-cruceta-pistón. Existen cuatro etapas durante el proceso que
se dan en una vuelta del cigüeñal es decir en 360 grados.
1) Compresión, durante este proceso el pistón se desplaza desde el punto inferior,
comprimiendo el gas hasta que la presión reinante dentro del cilindro sea superior a la
presión de la línea de descarga (Pd). Las válvulas succión y descarga permanecen cerrada.
2) Descarga, luego de que la presión reinante dentro del cilindro sea superior a la presión
de la línea de descarga (Pd) que es antes de que llegue al punto murto superior, la válvula
de escape se abre y el gas es descargado, mientras que la de succión permanece cerrada.
3) Expansión, durante este proceso el pistón se desplaza desde el punto muerto superior
hasta que la válvula de succión se abra durante la carrera de retroceso o expansión, que
será cuando la presión reinante en el interior del cilindro sea inferior a la presión del vapor
de succión (Ps).

FUNCIONAMIENTO DE
4) Succión, luego de que la válvula de succión se abrió, que es un poco después del punto
muerto superior, ingresa el fluido, y el pistón se desplaza hasta el punto muerto inferior, al
final de la carrera de succión, la velocidad del pistón disminuye hasta cero, igualándose las
presiones del exterior y del interior del cilindro (aunque por la velocidad del pistón no
exista tiempo material a que éste equilibrio se establezca); la válvula de succión se cierra, la
válvula de descarga permanece cerrada.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL COMPRESOR RECIPROCANTE

MANTENIMIENTO DE UN
COMPRESOR RECIPROCANTE
Los compresores reciprocantes deben ser alimentados con gas limpio ya que no pueden
manejar líquidos y partículas sólidas que pueden estar contenidas en el gas; estas
partículas, tienden a causar desgaste y el líquido como es no compresible puede causar
daños a las barras del pistón. Los compresores están diseñados y construidos dentro de los
más altos estándares de ingeniería debido a que generan fuerzas considerables y altas
temperaturas.
 Lubricación: La principal función del lubricante es reducir la fricción entre las partes
móviles y cualquier tipo de desgaste. Tiene que lubricar tanto los pistones en sus cilindros y
los cojinetes del cigüeñal que mueven los pistones.
 Refrigeración: Los pistones y cilindros de un compresor reciprocante son normalmente
enfriados con agua o aire. Sin embargo, el calor es retirado de las superficies de los
cojinetes por el aceite lubricante.
 Protección: El lubricante debe también prevenir la corrosión. Esto puede ser una tarea
difícil ya que los compresores tienden a producir calor y condiciones de humedad que
promueven la corrosión.
 Sellado: En el interior de los cilindros de un compresor reciprocante se generan altas
presiones. El lubricante debe producir una película suficientemente fuerte para evitar la
fuga de aire entre los anillos del pistón y las paredes del cilindro.

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