INSTITUTO MEXICANO DEL PETROLEO

OPERADOR ESPECIALISTA Y DE PRIMERA PLANTAS COMPRESORAS

MODULO 1 OPERADOR ESPECIALISTA Y DE PRIMERA PLANTAS COMPRESORAS

OBJETIVO INSTRUCCIONAL.

Al concluir este evento, los participantes incrementaran sus capacidades al adquirir los conocimientos bsicos sobre la operacin de las motocompresoras y de las estaciones de compresin .Desarrollaran las habilidades requeridas para arrancar, parar y mantener la continuidad de la operacin, solucionando las posibles fallas que se presenten, aplicando los procedimientos operativos y de seguridad establecidos.

INTRODUCCIN.Dentro de Petrleos Mexicanos, los operadores tienen una labor importante para el funcionamiento y desarrollo de la industria petrolera, por lo que se requiere que ste personal adquiera conocimientos firmes sobre las tcnicas de operacin de los equipos que integra las plantas de proceso, para efectuar sus labores con eficiencia y seguridad.

En este manual se proporciona los aspectos ms importantes sobre la operacin de los compresores de desplazamiento positivo, con la finalidad que se operen estos equipos correctamente.

Al inicio, hay una descripcin de las propiedades termodinmica y el comportamiento de los gases, a travs de sus leyes fundamentales.

Se da una clasificacin general de los compresores y se detallan los principios de operacin de los compresores reciprocantes, su comportamiento mediante el ciclo de compresin y se mencionan las diferentes formas que hay para controlar su capacidad.

Se describe e ilustran cada una de las partes de los compresores reciprocantes, mencionando la forma de operacin de cada una de ellas, con lo que queda de manifiesto la importancia de cada una de sus piezas. Tambin hay ilustraciones de las partes de los compresores rotatorios.

Se muestran los sistemas de lubricacin, enfriamiento y de seguridad de los compresores reciprocantes, con el fin de tener una mejor idea de la importancia de estos sistemas e identificar los puntos clave de control durante su operacin.

Se hace nfasis en la operacin de los compresores reciprocantes a travs de la descripcin de la operacin normal, as como de los procedimientos generales de arranque y paro. Se hace la aclaracin que este tema deber reforzarse en forma detallada con los procedimientos operativos especficos correspondientes.

La capacitacin, a travs de este curso, le permitir actuar en sus actividades dentro de la empresa con seguridad, calidad, respeto al medio ambiente y con una certeza que les permita contribuir a la productividad.

1 DIFUSION DEL SSPA.

1 QU ES EL SSPA.

SSPA. Es la palabra formada con las inciales de Seguridad, Salud y Proteccin Ambiental.Se emplea para identificar el sistema administrativo del mismo nombre, desarrollado para mejorar el desempeo de sus centros de trabajo en los campos de la seguridad industrial, la salud ocupacional y proteccin ambiental. EL SISTEMA PEMEX-SSPA SE DEFINE COMO EL CONJUNTO DE ELEMENTOS INTERRELACIONADOS E INTERDEPENDIENTES ENTRE S, QUE TOMA LAS 12 MEJORES PRCTICAS INTERNACIONALES COMO BASE DEL SISTEMA Y ORGANIZA LOS ELEMENTOS RESTANTES EN TRES SUBSISTEMAS QUE ATIENDEN LA SEGURIDAD DE LOS PROCESOS, LA SALUD EN EL TRABAJO Y LA PROTECCIN AMBIENTAL, EL CUAL INCLUYE Y DEFINE LAS ACTIVIDADES DE PLANIFICACIN, LAS RESPONSABILIDADES, LAS PRCTICAS, LOS PROCEDIMIENTOS Y LOS RECURSOS NECESARIOS PARA DAR CUMPLIMIENTO A LA POLTICA, LOS PRINCIPIOS Y LOS OBJETIVOS DE PETRLEOS MEXICANOS EN LA MATERIA Y EST ALINEADO Y ENFOCADO EN EL PROCESO HOMOLOGADO DEFINIDO PARA EL MISMO FIN.

EL SSPA ES RESPONSABILIDAD DE TODO EL PERSONAL DE PETRLEOS MEXICANOS. OBJETIVOS DEL SSPA.

El sistema PEMEX-SSPA tiene como finalidad guiar a la empresa hacia una mejora continua en su desempeo en materia de Seguridad, Salud en el Trabajo y Proteccin Ambiental, mediante la administracin de los riesgos de sus operaciones y/o procesos productivos, a travs de la implantacin de los elementos que lo componen y la interrelacin entre ellos, actuando como herramienta de apoyo al proceso homologado y mejorado de Seguridad, Salud en el Trabajo y Proteccin Ambiental, consolidando as una cultura en la materia con nfasis en la prevencin.1.1.1 EXPOSICIN DE MOTIVOS. Durante los aos 1995 y 1996 en Petrleos Mexicanos ocurrieron accidentes catastrficos que generaron un cambio radical, tanto en la manera de percibir los incidentes y accidentes como en la forma de prevenirlos y aprender de stos. Por esta razn, a partir de 1996 en PEMEX Gas y Petroqumica Bsica se trabaj arduamente en la implantacin del Programa de Seguridad, Salud y Proteccin Ambiental (PROSSPA). Paralelamente, se realiz un esfuerzo similar con en el desarrollo del Sistema Integral de Administracin de la Seguridad, Salud y Proteccin Ambiental (SIASPA) y su implantacin en los Organismos Subsidiarios: PEMEX Exploracin Produccin, PEMEX Refinacin y PEMEX Petroqumica, instrumentado a partir de 1997; con este esfuerzo se lograron mejoras sustanciales en la materia.No obstante que los sistemas PROSSPA y SIASPA contribuyeron a una notable reduccin en el nmero de accidentes, el repunte observado en el nmero de lesiones incapacitantes durante el perodo 2004-2005, as como los incidentes ocurridos en algunas de las instalaciones de PEMEX, obligaron a la Institucin a realizar en abril de 2005 un diagnstico en materia de Seguridad, Salud en el Trabajo y Proteccin Ambiental a sus instalaciones y operaciones crticas, con la finalidad de identificar reas de oportunidad para reducir los riesgos en las instalaciones y revertir las tendencias de incidentes y lesiones en el corto y mediano plazos, reducir los impactos negativos al medio ambiente y mejorar los perfiles de salud para los trabajadores de PEMEX y sus familias.Como resultado de este diagnstico, PEMEX estableci un plan de accin que consta de dos fases principales: Contencin y Mejora y Sustentabilidad.

La Direccin General de Petrleos Mexicanos anunci el pasado 29 de abril del ao 2006. La instrumentacin inmediata del Programa Emergente para el Fortalecimiento de la Seguridad, Salud y Proteccin Ambiental (SSPA). Un sistema integral y corporativo que cubriera todos sus centros de trabajo. Tambin un sistema que le diera a sus funciones de seguridad y proteccin ambiental el mismo nivel de importancia que a los procesos de produccin. Adems consolidar una cultura de seguridad basada en la prevencin, y basarse en la auto evaluacin y el diagnostico para la elaboracin de los planes de mejora en sus centros de trabajo.Se inici con la implantacin de los ocho Procedimientos Crticos en SSPA.

1. Entrada segura a espacios confinados (ESEC).

2. Proteccin contra incendio.

3. Equipo de proteccin personal.

4. Prevencin de cadas.

5. Seguridad elctrica.

6. Bloqueo de energa y materiales peligrosos.

7. Delimitacin de reas de riesgos (barricadas).

8. Apertura de lneas y equipos de proceso.3.1 1.2 Poltica de SSPA.

Para mejorar la SSPA, se cuenta con una Poltica sobre Seguridad, Salud y Proteccin Ambiental, que cada empleado deber aplicar a diario, se trate de Directores, Gerentes, Supervisores u Obreros sindicalizados.

3.2 1.3 PRINCIPIOS DEL SSPA.

Un desempeo en Seguridad, Salud Ocupacional y Proteccin Ambiental de Clase Mundial slo puede alcanzarse mediante la aplicacin de las Mejores Prcticas de Administracin de SSPA de empresas como DuPont que posee dicho nivel de desempeo y que representa la referencia internacional en estos tpicos.

Por ello Petrleos Mexicanos decidi adoptar estas Mejores Prcticas SSPA de DuPont para evolucionar sus Sistemas de Administracin de Seguridad Industrial y Proteccin Ambiental, SIASPA y PROSSPA a un Sistema nico intitulado Sistema de Administracin PEMEX - SSPA. Sistema especialmente adaptado con la colaboracin de DuPont.

La Administracin, de la Seguridad, la Salud Ocupacional y la Proteccin Ambiental, se basa en Sistemas. Los principios de cada una de estas Prcticas se describen en este manual y se presentan caractersticas comparativas de excelencia presentes en la mayor parte de las organizaciones con desempeo de Clase Mundial.

En el caso de Petrleos Mexicanos permitir el cumplimiento de la Poltica de Seguridad, Salud y Proteccin Ambiental.

1.4 INTEGRACION DEL SISTEMA.Un desempeo eficiente en materia de Seguridad, Salud en el Trabajo y Proteccin Ambiental, requiere del compromiso de la Organizacin con un enfoque sistmico y sistemtico y con la mejora continua de un sistema de gestin en la materia. Este es el sistema PEMEX-SSPA, el cul est integrado por las 12 Mejores Prcticas Internacionales de SSPA (12 MPI) como base de tres subsistemas:

Subsistema de Administracin de la Seguridad de los Procesos (SASP)

Subsistema de Administracin de Salud en el Trabajo (SAST)

Subsistema de Administracin Ambiental (SAA)A continuacin se definen cada uno de ellos:1.4.2 MEJORES PRCTICAS INTERNACIONALES DE SSPA.Es la base del sistema PEMEX-SSPA y est constituido por 12 Elementos que sirven para administrar los aspectos generales de seguridad, salud y proteccin ambiental en Petrleos Mexicanos y del cual emana la Poltica de SSPA que aplica para toda la Organizacin. Sus elementos son los siguientes:

I Conceptuales1. Compromiso Visible y Demostrado.

2. Poltica de SSPA.

3. Responsabilidad de la Lnea de Mando*.

II Estructurales4. Organizacin Estructurada.

5. Metas y Objetivos Agresivos*.

6. Altos Estndares de Desempeo*.

7. Papel de la Funcin de SSPA.

III Operacionales8. Auditoras Efectivas.

9. Investigacin y Anlisis de Incidentes*.

10. Capacitacin y Entrenamiento*.

11. Comunicaciones Efectivas*.

12. Motivacin Progresiva.1.4.2.1 MACROPROCESO PEMEX-SSPA.

Este sistema esta integrado por las 12 Mejores Prcticas Internacionales (12 MPIs) como base de tres Subsistemas:Subsistema de Administracin de la Seguridad de los Procesos (SASP)Subsistema de Administracin de Salud en el Trabajo (SAST)Subsistema de Administracin Ambiental (SAA)

1.5 SUBSISTEMA DE ADMINISTRACIN DE LA SEGURIDAD DE LOS PROCESOS

Este subsistema consta de 14 Elementos que, aplicados sistemticamente a travs de controles administrativos (programas, procedimientos, evaluaciones, auditoras) a las operaciones que involucran materiales peligrosos, permiten que los riesgos del proceso sean identificados, entendidos y controlados y las lesiones e incidentes relacionados con el proceso puedan ser eliminados.

Los elementos que lo integran son los siguientes:

1. Tecnologa del Proceso.

2. Anlisis de Riesgos de Proceso.

3. Procedimientos de Operacin y Prcticas Seguras*.

4. Administracin de Cambios de Tecnologa.

5. Entrenamiento y Desempeo*.

6. Contratistas.

7. Investigacin y Anlisis de Incidentes*.

8. Administracin de Cambios de Personal.

9. Planes de Respuesta a Emergencias*.

10. Auditoras*.

11. Aseguramiento de Calidad.

12. Revisiones de Seguridad de Prearranque.

13. Integridad Mecnica.14. Administracin de Cambios.

Subsistema de administracin de Seguridad en los procesos.

1.6 SUBSISTEMA DE ADMINISTRACIN DE SALUD EN EL TRABAJOEste subsistema consta de 14 Elementos que se desarrollan multidisciplinariamente y que estn dirigidos a proteger y promover la salud de los trabajadores mediante la eliminacin de los agentes y factores de riesgo que ponen en peligro su salud, as como la prevencin de enfermedades de trabajo.

Sus elementos son los siguientes:

1. Agentes Fsicos.

2. Agentes Qumicos.

3. Agentes Biolgicos.

4. Factores de Riesgo Ergonmico.

5. Factores Psicosociales de Riesgo.

6. Programa de Conservacin Auditiva.

7. Ventilacin y Calidad del Aire.

8. Servicios para el Personal.

9. Equipo de Proteccin Personal Especfico.

10. Comunicacin de Riesgos para la Salud*.

11. Compatibilidad Puesto-Persona.

12. Vigilancia de la Salud en el Trabajo.

13. Respuesta Mdica a Emergencias*.

14. Objetivos, Metas, Programas e Indicadores*.

Subsistema de administracin de salud en el trabajo.

1.7 SUBSISTEMA DE ADMINISTRACIN AMBIENTAL.

Este subsistema consta de 15 Elementos, cuya aplicacin permite la prevencin y control de la contaminacin, administrando los aspectos e impactos ambientales de nuestras operaciones y procesos productivos, asegurando el cumplimiento del marco legal aplicable.

Los elementos que lo integran son los siguientes:

1. Aspectos Ambientales.

2. Requisitos Legales y Otros Requisitos.

3. Objetivos, Metas, Programas e Indicadores*.

4. Recursos, Funciones, Responsabilidad y Autoridad*.

5. Competencia, Formacin y Toma de Conciencia*.

6. Comunicacin Interna y Externa*.

7. Control de Documentos y Registros*.

8. Control Operacional Ambiental.

9. Plan de Respuesta a Emergencias*.

10. Seguimiento y Medicin de las Operaciones.

11. Evaluacin del Cumplimiento Legal.

12. No conformidad, Accin Correctiva y Accin Preventiva.

13. Auditoras Ambientales*.

14. Mejores Prcticas Ambientales.

15. Revisin por la Direccin.

Subsistema de administracin ambiental.

1.8 PROCESO DE DISCIPLINA OPERATIVA.

La DISCIPLINA OPERATIVA se define como: Asegurar que TODAS las operaciones sean llevadas a cabo SEGURA, CORRECTA y CONSISTENTEMENTE a travs del siguiente proceso. SHAPE \* MERGEFORMAT

OBJETIVO DEL PROGRAMA DE ODO.

Establecer el programa de orden y disciplina operativa aplicado a la disponibilidad, calidad, comunicacin, pero sobre todo al riguroso cumplimiento de los procedimientos e instrucciones de trabajo, tanto operativo, de mantenimiento como administrativo. QUE SIGNIFICA EL TERMINO DISCIPLINA OPERATIVA.

Significa el riguroso cumplimiento de los procedimientos e instrucciones de trabajo.Asegurar que las acciones sean llevadas correcta y consistentemente a travs de las siguientes etapas:DISPONIBILIDAD

CALIDAD

COMUNICACIN

CUMPLIMIENTODISPONIBILIDAD Asegurar que todos los procedimientos que son requeridos para las operaciones y/o actividades estn disponibles, accesibles y de fcil manejo para las actividades del personal involucrado.

CMO? Se tenga una adecuada cobertura de procedimientos para cada una de las operaciones/actividades que los requieran. Se cuente con informacin correcta y consistente en todas las reas y/o departamentos y, se definan claramente prioridades; en base al riesgo e impacto que tengan los procedimientos para establecer criterios de revisin. CALIDAD Asegurar que los procedimientos tengan calidad en su contenido, sean entendibles y de fcil interpretacin y se encuentren vigentes.

CMO?Sean claros y concretos, resaltando los puntos crticos y los lmites de operacin actividad que describen.

Reflejen el estado actual de los procesos.

Se actualicen con la frecuencia requerida, incorporando las modificaciones en equipos, funciones y mejores formas de ejecucin. COMUNICACIONContar con mecanismos de comunicacin para la difusin y el entrenamiento de y en los procedimientos.

CMO? Se tenga una definicin clara de cuales procedimientos deben ser conocidos por el personal dependiendo de su rea de responsabilidad.Se usen medios de comunicacin adecuados para asegurar que los procedimientos son conocidos por todo el personal.Se tengan mecanismos de evaluacin para asegurar que el personal conozca los procedimientos requeridos en su rea. CUMPLIMIENTOAsegurar el cumplimiento riguroso y continuo de los procedimientos.

COMO?Aqu las actividades se realizan de acuerdo al procedimiento o instruccin de trabajo.Se cuente con medios y sistemas para detectar las desviaciones en el cumplimiento de los procedimientos.Se analicen las desviaciones para determinar causas y en base a ello mejorar continuamente.Se desarrolle en todo el personal un alto sentido de compromiso hacia la disciplina operativa. POR QUE ES IMPORTANTE DISCIPLINA OPERATIVA? PROTEGE AL PERSONAL DE LESIONES PROTEGE EMPLEOS MEDIANTE LA PREVENCION DE PERDIDA DE INSTALACIONES ASEGURA UN PRODUCTO DE CALIDAD MANTIENE A LOS NEGOCIOS COMPETITIVOS AYUDA A LA ORGANIZACIN A ALCANZAR SUS OBJETIVOS DEBIDO A QUE LOS PROGRAMAS DE MEJORA SE IMPLEMENTAN EN SU TOTALIDAD. 2.0 DEFINICION DE UNA ESTACION DE RECOLECCION DE GAS Y OPERACIN DE SUS COMPONENTES.

Es el conjunto de tuberas, mecanismos, dispositivos y accesorios (colectores, separadores y tanques) que permite separar, controlar, medir y almacenar temporalmente los fluidos producidos por el conjunto de pozos que confluyen a sta. Su funcin es la separar el gas, aceite, agua y los slidos en suspensin que producen los pozos.

Las bateras o Estaciones de recoleccin de gas son instalaciones convenientes para verificar la produccin de un pozo o de un conjunto determinado de stos, las funciones de una batera de separacin son mltiples, entre las cuales podemos citar:

Funciones

Separar el aceiteo condensado, gas, agua y los slidos en suspensin.

Medir los volmenes producidos ya sea individualmente o de todos los pozos.

Almacenar temporalmente el aceite (condensado) producido.

Permitir el bombeo de los lquidos hacia la central de almacenamiento

Para efectuar las funciones anteriormente descritas, estas instalaciones constan de los siguientes elementos

Mltiple de vlvulas (manifold).

Separadores.

Medidores de gas.

Lneas colectoras de aceite y colector de gas haca compresoras o al quemador.

Medidores de aceite (cinta metlica graduada).

Tanques.

Equipo para la inyeccin de productos qumicos.

Equipo de bombeo.

Quemadores.

Sistema de engasa miento.

Dispositivos de seguridad.

2.1. OPERACIN DE UNA ESTACION DE RECOLECCION DE GAS Y CONDENSADOS.

La operacin de una estacin se inicia con la llegada del flujo de cada uno de los pozos que la conforman. Mismos que se conectan a un sistema de lneas (colectores), cada una de stas cuenta de una vlvula de retencin (check) a la llegada, cuya funcin es evitar que regrese el fluido de los cabezales hacia el pozo y dos vlvulas de compuerta.

La funcin de los cabezales es recolectar y distribuir la produccin hacia los separadores, stos en la parte superior tienen instalados manmetros que registran la presin a la cual est operando la batera y esta presin est controlada por la vlvula reguladora de presin, misma que est instalada en el colector de gas total que va hacia el sistema de compresin.

2.1.1 ELEMENTOS DE UNA BATERIA (ESTACION DE RECOLECCION DE GAS Y CONDENSADOS). Manifold de recoleccin.

Colectores para produccin general de alta o baja presion.

Colectores para medicin o prueba.

Separadores.

Tanques de produccin general.

Tanques de medicin o prueba.

Colectores para gas.

Colectores para aceite.

Dispositivos de control.

Dispositivos de medicin.

Dispositivos de seguridad.

Quemadores de gas total.

Quemadores de vapores.

Equipo para inyeccin de productos qumicos.

Equipo de comunicacin.

Red de contraincendio.

2.2 DESCRIPCION DEL FLUJO DE PROCESO. El aceite(condensado), agua, gas y los slidos en suspensin son transportados por medio de lneas individuales de descarga de los pozos hacia la estacin de recoleccin de gas y condensados, en donde primero pasan a travs de los mltiples de vlvulas y de ah por medio de las tuberas de enlace a los separadores en donde se separa el gas, aceite(condensado), agua (en algunos casos) y los slidos en suspensin, el gas pasa a travs de los medidores de orificio para cuantificarlo y posteriormente al mltiple de vlvulas (manifold) de presin en donde se encuentra una vlvula reguladora de presin; esto es nicamente en caso de medicin en produccin general, es al contrario siendo sta la que se encarga de regular la presin de separacin del sistema, el gas puede ser enviado a un sistema de compresin o al quemador.

El aceite es descargado de los separadores a travs de la vlvula de control de nivel, la que como su nombre lo indica rige el nivel conveniente que debe guardar el lquido dentro del separador, para que en ningn momento el condensado sea arrastrado a la lnea de conduccin del gas ni el gas pase a la lnea del condensado.

El condensado que es descargado de los separadores pasa a los tanques de produccin general o medicin segn se trate, donde es drenada el agua (ya no es usual esta operacin) o tambin a los tanques deshidratadores Gum Barrel y el condensado limpio es bombeado o gravitado al oleoducto, que se encarga de conducir el aceite a la central de almacenamiento y bombeo.2.2.1 LLEGADA DE LOS POZOS A LA ESTACION.

Los pozos fluyen hacia la estacin de recoleccion a travs de una lnea de descarga (L.D.) que tambin conocemos como lnea de flote y normalmente lo hacen en forma individual, pero en algunos casos por necesidades de operacin lo hacen interconectados (empatados) con uno o ms pozos, los dimetros de estas lneas son de 3 4(.

Al llegar la lnea de descarga a la instalacin, sta se conecta al manifold a travs de una bayoneta, estos manifold pueden tener varias entradas para conectar los pozos, dependiendo stos del volumen por manejar, cada rama se encuentra constituida por una vlvula de retencin y 2 de bloqueo, quedando stas colocadas, una en la lnea de produccin general y la otra en la lnea de prueba o medicin.

La afluencia de los pozos a una batera puede ser en forma individual o colectiva y fluir en forma alternada o al mismo tiempo.

Tomando en consideracin la posicin estratgica de la instalacin en relacin con la localizacin del pozo, stos pueden fluir en forma continua o bacheada, asimismo con mayor o menor presin tomando en cuenta la distancia entre el pozo y la batera de separacin, ya que a mayor distancia mayor contrapresin, menor distancia menor contrapresin y mayor velocidad, as mismo depende de la orografa tambin por esa razn la afluencia de los pozos a una batera de separacin debe ser regulada y controlada.

Los pozos que convergen a una batera(estacin) pueden ser recibidos a produccin general o medicin.Produccin general

Son todos aquellos pozos que llegan en forma colectiva o agrupados a travs de los colectores de produccin general, normalmente estos colectores se diferencian de los de medicin por dos razones fundamentales.

Mayor dimetro en las tuberas, en relacin con la de medicin.

Todas las vlvulas de los cabezales permanecen abiertas a excepcin de una, que es la que est alineada a medicin o prueba.

Medicin.

Est en medicin aquel pozo que est alineado por el cabezal de medicin o prueba y que fluye a travs del colector de medicin y ste a su vez est alineado al separador de medicin o prueba, a diferencia del de produccin general, este colector es de menor dimetro en sus tuberas y nicamente en su cabezal tiene abierta una vlvula, que es la que corresponde al pozo que se desea medir o probar.2.2.2 CABEZALES DE RECOLECCION.

Es un conjunto de lneas a donde llegan y estn conectados cada uno de los pozos que conforman la estacion y sirven para efectuar la recoleccin y distribucin de la produccin obtenida, estn fabricados con tubera de dimetros diversos, 4, 6, 8, 10. En ellos van instaladas vlvulas de compuerta para permitir el seccionamiento rpido en cualquier parte de la instalacin, igualmente cuentan con vlvulas de retencin (check) para evitar el flujo en sentido inverso, generalmente en la llegada de los pozos todas las vlvulas instaladas operan manualmente.

Hay una gran variedad de diseos de cabezales de recoleccin, pero los ms comunes en las bateras(estaciones), a la llegada de los pozos son dos: el fabricado a base tubera, conexiones y vlvulas los cuales generalmente se construyen en el campo y las vlvulas multiport prefabricadas de tipo rotatorio conocidas comnmente como araas, las cuales estn en desuso.

Fig.2.1 Cabezales de RecoleccinFuncionamiento.

Los cabezales construidos en el campo, constan de 2 vlvulas que van instaladas una en la lnea o colector de produccin general y la otra en la lnea de medicin o prueba.

Cuando deseamos medir un pozo, se abre la vlvula de la lnea de medicin o prueba y se cierra la vlvula de la lnea de produccin general y los dems pozos conectados a estos cabezales fluirn por la lnea de produccin general, teniendo cerrada la vlvula de la lnea de medicin o prueba.

2.2.3 ALINEACIN DE POZOS A PRODUCCIN GENERAL Y MEDICINCuando una estacin de separacin y recoleccion est en operacin, todos los pozos que convergen a ella estn fluyendo a produccin general y cuando es necesario medir o probar un pozo, es necesario efectuar algunos movimientos en los cabezales de llegada de los pozos.

Todos los pozos al ponerlos en operacin (abrirlos) despus de habrseles efectuado alguna operacin o trabajo, debern recibirse en batera, a produccin general, por algunas razones como:

Por seguridad.

Esperar que su afluencia se estabilice.

A boca de pozo tener los datos necesarios y con la operacin del mismo ya normalizada.Alineacin de Pozos a Medicin

Una vez estabilizado el flujo de llegada a la instalacin (batera de separacin, o estacin de recoleccin) de un pozo determinado, es necesario medirlo o probarlo para obtener datos necesarios para su anlisis, volumen producida en relacin a lo esperado o programado, produccin de gas aportado.

Procedimiento:

Se verifica que el tanque a donde se va a medir el pozo, est debidamente alineado y vaco (se debe tener el nivel con que inicia la medicin).

Que la vlvula de carga al tanque est abierta.

Que la vlvula de descarga del separador que se va a utilizar est abierta.

Que el separador est en condiciones de operacin con todos sus dispositivos, tanto de operacin como de seguridad.

Que la vlvula de carga o llenado al separador est abierta.

Que en la lnea de descarga del gas del separador, la vlvula est abierta al colector.

Que la placa del fitting est en la parte superior (levantada).

Una vez realizado este proceso, consideramos que estamos en condiciones de alinear en el cabezal de llegada de los pozos el pozo programado, se abre en forma lenta la vlvula que est instalada en el colector de medicin y se cierra la vlvula que est instalada en el colector de produccin general.

Terminado este movimiento, verificamos la operacin correcta del separador, asimismo tambin procedemos a ubicar en su lugar (bajar) la placa porta orificio del Fitting y verificar en el aparato registrador de flujo por medio de la grfica, que la placa sea la adecuada para medir el volumen de gas producido por el pozo, verificar y mantener la presin de separacin correcta en el separador de medicin.

A partir de ese momento el operador procede a tomar las medidas en el tanque, bajo un programa de horario, por medio de una cinta metlica aterrizada tomando todas las medidas necesarias de seguridad, usando el equipo de proteccin requerido y anotando en la libreta del campo todas las medidas, lo ms exactas y legibles posible.

2.2.4 MANEJO DE LOS FLUIDOS PRODUCIDOS EN UNA ESTACION DE RECOLECCION DE GAS.Los fluidos que se manejan en una batera o estacin de recoleccin de gas natural son especficamente son cuatro:

Aceite (condensados).

Agua.

Gas.

Y los slidos en suspensin.Aceite o Condensados. Este fluido en su llegada a la instalacin viene asociado o mezclado con agua, gas y slidos, para iniciar su manejo pasan por el cabezal o bayoneta y caen a los colectores, stos a su vez an en forma de mezcla los distribuyen a los separadores, en esos dispositivos se realiza la funcin principal del proceso, que es la separacin. Esta funcin consiste en separar los fluidos unos de otros, los lquidos se descargan por la parte inferior del separador, los gases son desalojados por la parte superior y los slidos se depositan en el fondo de dicho dispositivo.

Los lquidos son recibidos en los colectores de produccin y stos los conducen hacia los tanques de almacenamiento o produccin general, una vez en los tanques estos lquidos son medidos por el operador en bateras de separacin, por medio de una cinta metlica aterrizada de 15 m de longitud, provista de una plomada (piln) y que estn fraccionadas en centmetros y milmetros. Dentro del tanque, con la mezcla de aceite y agua en reposo, se realiza la separacin del agua y el aceite, por medio de la reaccin provocada por la inyeccin de determinados productos qumicos, asimismo los vapores desprendidos de estos elementos dentro del tanque son captados a travs de un colector de vapores y son conducidos hacia el quemador, para su quema. Tambin se pueden aprovechar captndolos a travs de un compresor para procesarlos.

El agua separada dentro del tanque, es drenada, aunque a nivel local ya no es recomendable esta accin. Los lquidos dentro del tanque ya medidos y reposados son bombeados hacia la C.A.B. central de almacenamiento y bombeo, por medio de un equipo especial (bombas) o gravitados, para continuar con su proceso.

GAS. Este fluido tiene igual importancia que el aceite, ya que contiene diversos componentes, por lo tanto su manejo es importante y delicado, despus de haberse realizado el proceso de separacin, el gas es captado a travs de los colectores de gas total, de donde es conducido hacia una estacin de compresin para ser comprimido y enviarlo al complejo procesador de gas.

2.2.5 MANEJO DE LQUIDOS (AGUA-CONDENSADOS).

En los fluidos producidos por los pozos, el agua tambin se hace presente en la mezcla y su separacin del agua y condensados se lleva a cabo por medio de la inyeccin de reactivos qumicos propios para esta funcin y deben ser de calidad y cantidad programada, segn los volmenes que se manejan y son inyectados durante el proceso de separacin y conduccin de los fluidos hacia los tanques de produccin general o almacenamiento.

El proceso de reaccin de los productos qumicos inyectados se efecta de manera principal cuando los fluidos estn en reposo dentro del tanque. Una vez que el aceite es separado del agua, sta es drenada. Aqu es preciso hacer la aclaracin que esta accin (drenar) ya no se realiza a nivel local, en la Estacin de recoleccin por razones ecolgicas. Lo normal es que el agua y el aceite (condensado) en forma de mezcla sean bombeados hacia la C.A.B. central de almacenamiento, en las estaciones de Reynosa son enviados al KM 19. Aqu en estas instalaciones se efecta el proceso de deshidratacin ya que se cuenta con el equipo e instalaciones necesarios para el manejo de esta agua.2.2.6 TANQUES DE UNA BATERIA DE SEPARACION.Los tanques ubicados en una estacin de recoleccin de Gas y Condensados, cumplen una funcin estratgica en el proceso de dicha instalacin su manejo es delicado y de alto riesgo ya que almacenan temporalmente diversos fluidos, tales como, condensados y productos no voltiles, el personal encargado del manejo de este dispositivo deber estar seguro de las operaciones, movimientos y mediciones que vaya a realizar, de no ser as hay que detenerse y solicitar asesora.

3.0 PRINCIPIOS TERMODINMICOS Y COMPORTAMIENTO DE LOS GASES.

Entre las propiedades que caracterizan el estado de un fluido hay tres que se denominan fundamentales a saber: la presin, la temperatura y el volumen especfico. Se llaman fundamentales porque se prestan a medicin directa y fcil: la presin mediante manmetros, la temperatura mediante termmetros y el volumen especfico por el peso y medicin de las dimensiones geomtricas del recipiente.

El estado de un cuerpo queda inequvocamente determinado por dos propiedades que sean entre s independientes. As, por ejemplo, para determinar el estado de un cuerpo no basta fijar su densidad y su volumen especfico (v), porque no son propiedades independientes (el volumen especfico es el recproco de la densidad). Tampoco en un lquido en ebullicin la presin y temperatura de la mezcla vapor-lquido son independientes y por tanto, para determinar el estado del fluido en la zona del vapor hmedo no basta especificar su presin y temperatura, es necesario aadir una tercera variable, por ejemplo, su volumen especfico.

En termodinmica se prefiere utilizar en vez de la representacin grfica internacional la representacin bidimensional. Pueden utilizarse como coordenadas dos propiedades cualesquiera; siendo los planos P-v (presin-volumen especfico), T-s (temperatura-entropa) y H-s (entalpa-entropa) los preferidos en el estudio de las mquinas trmicas.

Slo los estados y procesos de equilibrio pueden ser representados en un plano termodinmico. De modo tal que el proceso de expansin del gas encerrado en un cilindro slo puede representarse en plano P-v si cada estado intermedio de la expansin es un estado de equilibrio, o sea que cada estado intermedio tanto la presin como el volumen especfico tienen el mismo valor en toda la masa de gas. De lo contrario a cada porcin del gas correspondera un punto distinto en el diagrama. Los procesos reales no son procesos de equilibrio, pero se estudian hipotticamente como si lo fueran.

As, podemos definir que la termodinmica es la rama de la fsica que estudia la energa, la transformacin entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo.

Entorno o ambiente es la materia exterior a un sistema. En termodinmica lo usual es trabajar con fluidos compresibles: gases y vapores, El calor se transmite del sistema de mayor al de menor temperatura.

As un sistema se define como una porcin de materia.

Sistema termodinmico es un sistema cerrado, su masa no vara, ejemplo un cilindro.

Sistemas Abiertos, son aquellos donde una masa fluye en un volumen, ejemplo una turbina de vapor.

Las propiedades de carcter universal de un sistema son:

Presin

Temperatura

Si se conocen algunas de las propiedades de una sustancia, las otras quedan determinadas.

Propiedades Intensivas, no dependen de la cantidad de masa (P, T, etc).

Propiedades Extensivas, dependen de la cantidad de masa: volumen, energa interna, entalpa, etc. Si se dividen por la masa se obtiene el valor especfico (propiedad intensiva).

Otras propiedades son el volumen especfico y la viscosidad.

Otras definiciones relacionadas con la termodinmica:

Energa interna es la suma de todas las energas de las partculas de un sistema.

Entalpa, en un proceso sin flujo, es la suma de la energa interna de la materia, determinada por el producto de la presin por el volumen y es una funcin de estado.

Entropa es una magnitud termodinmica que expresa el grado de desorden de un sistema.Procesos de cambio de estado.

Cuando un sistema pasa de un estado a otro, la variacin de sus propiedades, slo depende del estado inicial y final y no de las situaciones intermedias.

Un sistema cerrado est en equilibrio cuando el valor de sus propiedades es idntico en todos sus puntos.

Cuando un sistema cambia de un estado en equilibrio a otro tambin en equilibrio, los estados intermedios pueden ser, o no, de equilibrio.

La expansin de un sistema sucede cuando la fuerza interior es mayor que la fuerza exterior, Lo contraro a una expansin es una compresin.

El calentamiento o enfriamiento de un sistema se puede considerar como una sucesin de estados en equilibrio

La mezcla de sistemas no se puede considerar como una sucesin de estados en equilibrio.

Transformaciones termodinmicas: sucesin de estados por los que pasa un sistema cuando se le somete a un cambio. La transformacin se puede realizar de diferentes modos, cada uno de ellos es un proceso termodinmico.

Diagrama de estado es cualquier representacin de dos propiedades termodinmicas de un sistema, un ejemplo tpico es el diagrama P-v.

Fig. 31. Diagrama P-v.En las mquinas trmicas, un sistema evoluciona a travs de una serie de transformaciones que se acaban formando un ciclo o proceso termodinmico.

Los procesos bsicos son:

Isocrico, proceso en el que se llevan a cabo cambios de presin manteniendo el volumen constante (v=cte.)

Fig. 32. Diagrama representando un proceso isocrico.

Isobrico, proceso en el que se llevan a cabo cambios de volumen manteniendo la presin constante (P=cte).

Fig. 33. Diagrama representando un proceso isbrico.

Isotrmico, proceso en el que se llevan a cabo cambios simultneos de presin y volumen, en los que se mantiene la temperatura constante (T = cte).

Fig. 34. Representacin grfica de un proceso isotrmico.Adiabtico o isentrpico, proceso en el que se llevan a cabo cambios simultneos de presin y volumen, sin transferencia de calor, adems no debe existir aporte de calor por rozamiento y la diferencia de presin y volumen se mantiene constante (P V = cte).

Fig. 35. Representacin de un proceso adiabtico.

Politrpico, proceso en el que se llevan a cabo cambios reales sin condiciones especficas (P, v, n = constante) n: exponente politrpico:

Fig3.6 .cambios politrpicos.

Comportamiento de los gases.

3.2.2.1 Coeficiente de dilatacin de los gases.

Debido a que sus molculas casi no tienen cohesin y en cambio una gran movilidad, su dilatacin es mayor que la de los slidos y lquidos. Adems en los gases hay que tomar en cuenta la presin, porque sus variaciones afectan su dilatacin.

Habindose calculado el coeficiente de dilatacin de distintos gases, se comprob que a una presin constante es el mismo para todos. Aproximadamente es igual a:

Si el coeficiente de dilatacin de un gas es 0.00366 m3, un metro cbico de hidrogeno aumenta su volumen 0.00366 m3 cuando su temperatura aumenta 1(C o sea, 3.6 litros aproximadamente en 1,000 litros.

3.2.2.1 Variables que intervienen en la dilatacin de un gas.

El estado de un gas se determina considerando las siguientes variables.Presin (P) Volumen (V) Temperatura (T)Si tenemos un globo de hule inflado con aire y lo introducimos en agua caliente, observamos que aumenta su volumen; introducindolo en agua fra, su volumen disminuye. Las anteriores observaciones nos muestran cmo la variacin de la temperatura afecta a la presin y al volumen del gas contenido en el globo.

Las leyes que rigen las variaciones ms importantes de los gases son las siguientes:

Fig. 37. Leyes que rigen la relacin entre la presin, volumen y temperatura de un gas.

Es conveniente elegir una presiny una temperatura normal o estndar como punto de referencia para el estudio de los gases. Las condiciones estndar o normales de presin y temperatura son, por acuerdo internacional, 1 atmsfera de presin (760 mm Hg = 760 Torr = 1,013 Pa ) y 0 C ( 273.15 K ).

Tanto la presin como la temperatura afectan al volumen de un gas (ecuacin general de un gas ideal ( P*V / T = k ) y por lo tanto, tambin afectan a su densidad ( = m/V).

Aunque el trmino "condiciones normales" se suele utilizar mucho para la medicin de volmenes de gases (siendo un mol de un gas medido en condiciones normales 22.4 l) tambin es usado muy frecuentemente en el campo de la termodinmica.

En termodinmica el trmino condiciones normales se suele emplear en la medicin de la entalpa estndar, en la que los valores de "condiciones normales" son 298 K (25 C) a 1 atm. (101.325 Pa).

Las condiciones estndar convencionales varan de acuerdo con la industria y la autoridad que las especifica as segn la ISO/PNEUROP son 68 F, 14.5 psia y 0% HR (Humedad relativa) o 20C, 1 bar y 0% HR, segn API las condiciones estndar son 60 F, 14.7 psia y 0% HR.

3.2.2.2 Ley de Boyle Mariotte.

El volumen de un gas vara en razn inversa a la presin que soporta cuando la temperatura permanece constante.

Dnde:

= Presin inicial

= Presin final

= Volumen inicial

= Volumen final

Fig. 38. El volumen disminuye al aumentar la presin a temperatura constanteLey de Gay Lussac.

El volumen que un gas ocupa es directamente proporcional a su temperatura si la presin se mantiene constante. Fig.1.9.

Donde:

= Volumen inicial

= Volumen final

= Temperatura inicial

= Temperatura final

Fig.39. A presin constante al aumentar la temperatura aumenta el volumen.

Ley de Charles.

Las presiones ejercidas por un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene son directamente proporcionales a sus temperaturas absolutas si el volumen del gas permanece constante, Fig. 1.10.

Donde:

= Presin inicial

= Presin final

= Temperatura inicial

= Temperatura final

Fig. 310. A volumen constante la presin aumenta con la temperatura.

Ley general del estado gaseoso.

Los volmenes de una misma masa gaseosa varan en razn directa a las temperaturas absolutas y en razn inversa a las presiones que soportan, Fig. 1.11.

Dnde:

= Presin inicial

= Presin final

= Volumen inicial

= Volumen final

= Temperatura inicial

= Temperatura final

Fig. 311. Representacin de la ley general de los gases.

Propiedades de las mezclas de gases.

El gas manejado por un compresor, generalmente es una mezcla de gases. Las propiedades fsicas que definen una mezcla de gases son:

El peso molecular (MW) o la gravedad especfica (SG) de la mezcla.

El calor especfico a presin constante (Cp) o la relacin de calores especficos (k) de la mezcla de gases.

Los valores de presin y temperatura pseudocrticas (PCP y PCT respectivamente).

Temperatura y presin de entrada al compresor (P1 y T1).

Si se conoce la composicin de la mezcla de gases, los valores anteriores se pueden calcular aplicando la ley de mezclas de gases, segn la cual cada propiedad (MW, Cp, PCP o PCT) se obtiene como la sumatoria de los productos de la fraccin molar de cada componente por el valor de la propiedad especfica para ese componente.

Como ya se mencion anteriormente, la materia puede estar en tres estados, slido (S), lquido (L), gaseoso o vapor (V) y puede cambiar de uno a otro.

Los cambios de fase se pueden representar en un diagrama, donde aparecen las curvas de fusin, vaporizacin o sublimacin. Las curvas convergen en el llamado punto triple.

Fig. 312. Diagrama P-V-T.

La temperatura crtica de un gas (Tc) es el valor por encima del cual este gas no puede ser licuado incrementando la presin, es decir no es posible tener mezcla de lquido y vapor.

La presin crtica (Pc) es la presin requerida para obtener lquido a la temperatura crtica, o sea, la presin de saturacin a la temperatura crtica.

Si los valores de presin y temperatura pseudo crticos no son dados, se pueden aproximar mediante la siguiente frmula emprica, la cual es funcin de la gravedad especfica y es razonablemente vlida para gas natural liviano:

El cambio de lquido a gas se puede realizar de dos maneras:

Progresivamente, pasando por una fase de vapor hmedo.

Instantneamente, de lquido a gas.

Esto viene marcado por la isoterma crtica, en la que se marca una diferencia entre la zona de vapor sobrecalentado y de gas. Los ciclos de algunas mquinas como las turbinas de vapor, o las de refrigeracin por compresin, trabajan en la zona de vapor hmedo.

Se llama vapor sobrecalentado a la fase en la que a temperatura constante se puede llegar a licuar por estar por debajo de la temperatura crtica.

Se llama gas a la fase que se encuentra a temperaturas mayores a la crtica, por lo que para licuarlo hay que bajar la temperatura. Los motores de combustin trabajan en la zona de gas, Fig. 3.13.

Fig. 313. Diferencia entre un vapor y un gas en un diagrama P-V-T.

Ecuaciones de estado.

La aplicacin ms importante de una ecuacin de estado es para predecir el estado de gases y lquidos. Una de las ecuaciones de estado ms simples para este propsito es la ecuacin de estado del gas ideal, que describe el comportamiento de los gases a bajas presiones y altas temperaturas. Sin embargo, esta ecuacin pierde mucha exactitud a altas presiones y bajas temperaturas, y no es capaz de predecir la condensacin de gas en lquido. Por ello, existe una serie de ecuaciones de estado ms precisas para gases y lquidos.

De la ley combinada del estado gaseoso tenemos que:

Definiendo las condiciones normales de presin y temperatura (CNPT) como, 1 atmsfera y 273 K, para el volumen que ocupa un mol de cualquier gas (22.4 l), esta constante se transforma en:

A esta constante se define como la constante de los gases ideales y se indica con la letra R.

La combinacin de estas leyes proporciona la ley de los gases ideales, tambin llamada ecuacin de estado del gas ideal:

Donde es el nmero de moles.

Se considera que un gas ideal presenta las siguientes caractersticas:

El nmero de molculas es despreciable comparado con el volumen total de un gas.

No hay fuerza de atraccin entre las molculas.

Las colisiones son perfectamente elsticas.

Evitando las temperaturas extremadamente bajas y las presiones muy elevadas, podemos considerar que los gases reales se comportan como gases ideales.

Factor de compresibilidad Z.

El factor de compresibilidad es uno de los parmetros que, con mayor precisin diferencia el comportamiento de los fluidos en estado lquido del estado gaseoso. Define el comportamiento de los gases a determinadas condiciones de presin y temperatura, y se vuelve elemento fundamental para todos los diseos e instalaciones que trabajan con fluidos compresibles.

La ecuacin de estado para un gas ideal, desprecia la variable "Z" ya que para estos, vale uno. Para un gas real tiene un valor diferente de uno, la ecuacin es la siguiente:

Donde es el factor de compresibilidad.

Los gases reales, a presiones y temperaturas cercanas a las ambientales, actan como gases ideales.El factor de compresibilidad Z, es un parmetro que corrige el comportamiento de los gases ajustndolos a las condiciones reales.

En el caso del gas natural, para facilitar el clculo del valor de Z, se tienen grficas que nos permiten leer su valor utilizando en forma directa la presin y la temperatura y, finalmente, aparecen los criterios matemticos que hacen posible determinar el factor de compresibilidad a partir de ecuaciones que llevan el nombre de sus respectivos autores:

Van der Waals:

Z = 0,815341

Redlich Kwong:

Z = 0,843264

Soave, Redlich Kwong:

Z = 0,857791

Peng Robinson:

Z = 0,827648

Dranchuk y Abu-Kassem:

Z = 0,835006

Dranchuk-Purvis-Robinson:

Z = 0,833883

Sarem:

Z = 0,831269

Hall-Yaborough:

Z = 0,836465

Promedio de todas las ecuaciones

Z = 0,835084

Promedio relativo de las ecuaciones Z = 0,834589

El valor de Z se usa para conocer el volumen real que transportan las tuberas, ya que es necesario expresar dicho volumen en las condiciones verdaderas que corresponden a los valores de presin y temperatura a la cual se manejan.

3.3 PRINCIPIOS DE OPERACIN Y CLASIFICACIN GENERAL DE LOS COMPRESORES.

Las leyes de los gases demuestran que cuando un gas es forzado a ocupar un volumen menor su presin aumenta. Un compresor de desplazamiento positivo primero llena una cmara o cilindro de algn gas y luego lo obliga a ocupar un volumen menor aumentando por consiguiente se presin.

Los compresores de desplazamiento positivo son los que operan bajo el principio del desplazamiento volumtrico, es decir, atrapan un cierto volumen de gas lo comprimen y lo desplazan. Los compresores de mayor uso son de movimiento reciprocante, aunque tambin los hay rotatorios, en los que el volumen de gas es atrapado entre secciones del compresor y a medida que lo desplaza hacia la descarga lo obliga a ocupar un menor volumen.

Una clasificacin general de los compresores se describe a continuacin.

Fig. 314. Clasificacin general de los compresores.

3.3.1 Uso de los diferentes tipos de compresores.

Teniendo en cuenta que un compresor es un dispositivo mecnico que reduce el volumen ocupado por un gas y/o aire a travs de cierta presin ejercida sobre l con el propsito de transportarlo de un lugar a otro o hacerlo participar en un proceso.

Esta presin se obtiene mediante un trabajo mecnico que reciben los elementos que componen el compresor, para as dar cumplimiento a su funcionamiento

Los compresores tienen una amplia gama de aplicacin en la industria petrolera entre los usos ms comunes se encuentran los siguientes:

Transporte de gas.

Compresin de aire para instrumentos

Compresin de aire para respiracin.

Sistemas de refrigeracin mecnica.

Sopladores de aire para proceso.

Recirculacin de gases en plantas de proceso.

3.4 DESCRIPCIN DE LOS COMPRESORES RECIPROCANTES.

En un compresor reciprocante se atrapa un cierto volumen de gas dentro de un cilindro y se comprime cuando el pistn lo obliga a ocupar un volumen menor, despus, se enva hacia la lnea de descarga. El flujo de gas a travs del cilindro se controla por sus vlvulas Fig. 215.

Fig. 315. Admisin y descarga del gas.El gas entra al cilindro a travs de la vlvula de succin y sale de l a travs de la vlvula de descarga, estas vlvulas actan como vlvulas tipo check las cuales permiten el flujo en una sola direccin y abren debido a una diferencia de presin.

Para que una vlvula abra, la presin en la lnea de succin a travs de la vlvula debe ser superior a la presin dentro del cilindro, y cuando la presin sea igual, sta cerrar y evitar el flujo inverso. De igual forma las vlvulas de descarga abren cuando la presin dentro del cilindro sea mayor que la presin en la lnea de descarga Fig. 216.

Fig. 316. Funcionamiento de las vlvulas del compresor.

En un compresor reciprocante, una carrera hacia adelante y una hacia atrs es una revolucin, si el gas es descargado solamente en la carrera hacia adelante o en la carrera hacia atrs el compresor se denomina de simple accin o simple efecto, o sea que descarga una vez por revolucin. En un compresor de simple efecto la carrera hacia delante es la carrera de compresin, y la carrera hacia atrs es la carrera de succin o de admisin Fig. 217.

Fig. 217. Carrera del pistn en un compresor de simple efecto o accin.La mayora de los compresores de servicio pesado son de doble accin o doble efecto Fig. 218, donde el gas es comprimido en ambos lados del pistn o, sea, tiene dos carreras de descarga por revolucin.

Fig. 218. Pistn de doble efecto.

En el dibujo de la Fig. 319 se muestra un pistn alejndose del cigeal, y se ve que en el lado tapa del cilindro el gas es comprimido. Cuando la presin en este lado sea ligeramente superior a la presin del gas en la cmara de descarga, la vlvula de descarga lado tapa se abrir descargando el gas del cilindro.

Fig. 319. Carrera del pistn en la etapa de compresin por el lado tapa.

En el inicio de la carrera hacia delante, parte del gas, a la presin de descarga, que queda atrapado en el lado cigeal del cilindro entre el pistn, la pared y los espacios de las vlvulas, se expandir. Cuando la presin de este gas disminuya por abajo de la presin de succin, se abrir la vlvula de admisin lado cigeal y admitir ms gas, Fig. 320.

Fig. 320. Admisin de gas por el lado cigeal.La vlvula de succin lado cigeal cerrar cuando la presin dentro del cilindro iguale a la presin de la cmara de succin.

Al final de la carrera hacia adelante el lado cigeal del cilindro estar lleno de gas, mientras que el lado tapa del cilindro contendr solamente un volumen de gas igual al espacio libre, y estar a la presin de descarga.

Cuando se inicie la carrera hacia atrs se comprimir el gas del lado cigeal del cilindro, y al mismo tiempo se admitir carga fresca al lado tapa del cilindro cuando la presin en l sea inferior a la presin de la cmara de succin, en la Fig. 321 se muestra el flujo del gas cuando el pistn va en su carrera hacia atrs.

Fig. 321. Admisin lado tapa y descarga lado cigeal.

3.4.1 Comportamiento de los compresores reciprocantes (ciclo de compresin).

La capacidad de un compresor es la cantidad de gas que ste descarga. El comportamiento de un compresor reciprocarte puede ser representado en un diagrama de presin Vs. Volumen, Fig. 322. En el diagrama se indica que la presin en el compresor es funcin del volumen dentro del cilindro, conforme el pistn del compresor se mueva, el volumen del gas variar.

Fig. 322. Diagrama presin vs volumen.

Viendo un pistn que descarg todo el gas que pudo y est en su punto mximo de la carrera hacia adelante, pero qued una pequea cantidad de gas a la presin de descarga en el espacio libre indicado. En el diagrama P-V nos situaremos en el punto A Fig. 323. Donde la presin dentro del cilindro es la presin de descarga.

Fig. 323. Posicin del pistn correspondiente a la presin de descarga.

Cuando el pistn comience su carrera hacia atrs el gas dentro del espacio libre se expander y bajar su presin, estando ahora en el punto B, Fig. 324.

Fig. 324. Expansin del gas dentro del cilindro.Pero la vlvula de succin no abrir hasta que la presin dentro del cilindro sea ligeramente menor que la presin en B, de aqu para adelante el cilindro admitir gas fresco sin bajar ms la presin hasta el final de su carrera hacia atrs, situndonos en el punto "C", Fig. 325.

Fig. 325. Admisin de gas fresco al cilindro.

Tan pronto como el pistn inicie nuevamente su carrera hacia adelante, el gas empezar a ser comprimido, o sea bajar su volumen, pero aumentar su presin hasta el punto "D", donde la presin dentro del cilindro iguala la presin de la lnea de descarga, Fig. 326.

Fig. 326. Compresin del gas.Como en este punto abre la vlvula de descarga, aunque el pistn siga su carrera, el gas no aumentar de presin sino que ser descargado hasta llegar nuevamente al punto "A", teniendo por lo tanto el diagrama P-V, la forma mostrada en la Fig. 327. Donde cada uno de los lados es: expansin, succin, compresin y descarga.

Fig. 327. Carrera del pistn en un ciclo completo de compresin.

De lo que podemos concluir que el trabajo realizado ser la fuerza por la distancia y estar representado por el rea del diagrama, Fig. 328.

Fig. 328. Trabajo realizado en un ciclo de compresin.Los HP (caballos de fuerza) requeridos por un compresor dependern del trabajo hecho en un tiempo dado y de la eficiencia mecnica del compresor, o sea la relacin entre los HP suministrados por el elemento motriz y los HP entregados al gas.

Sin embargo, la llamada eficiencia volumtrica de un compresor es la relacin entre el gas realmente descargado y el tericamente factible de ser descargado, o sea si disminuye la cantidad de gas descargado por un compresor disminuye su eficiencia volumtrica.

Puesto que cuando un compresor trabaja a relaciones de compresin elevadas, la cantidad de gas que permanece en el espacio libre es mayor, su eficiencia volumtrica tiende a bajar, viendo esto en un diagrama P-V como se muestra en la Fig. 329, que la distancia A-C representa la distancia de una carrera total del pistn, y que la succin real de gas fresco nicamente se realiza en la distancia de "B' a "C".

Fig. 329. La distancia B-C representa el volumen real del gas succionado por el piston.

Podemos concluir que la eficiencia volumtrica ser la relacin de B-C entre A-C y entre menor sea B-C menor ser la eficiencia volumtrica del compresor Fig. 330.

Fig. 330 La relacin B-C entre A-C nos da la eficiencia volumtrica del compresor.

Cuando baja la eficiencia volumtrica de un compresor el trabajo realizado baja, y cuando el trabajo baja se requieren menos HP.

Sin embargo la eficiencia volumtrica no afecta significativamente a la eficiencia mecnica del compresor, resumiendo:

Si la eficiencia volumtrica baja:

La capacidad del compresor, baja.

Los HP requeridos, bajan.

La eficiencia mecnica, sigue prcticamente igual.

3.4.2 Sistemas para el control de capacidad.

Como se mencion anteriormente, la capacidad de un compresor es la cantidad de gas que este maneja. Los compresores reciprocantes vienen diseados con sistemas para regular la cantidad de gas que manejan, estos sistemas bsicamente son cuatro y se describen a continuacin.

3.4.3 Control de capacidad por estrangulamiento.

Algunas veces es necesario cambiar la capacidad o cantidad de gas descargado, de un compresor, esto puede hacerse por estrangulamiento de la lnea de succin, por medio de una vlvula, Fig. 331.

Fig. 331. Vlvula de estrangulamiento para controlar el flujo de gas al compresor.

Al estar semicerrada la vlvula, menos gas entrar en el compresor, pero la relacin de compresin aumentar y por consiguiente los HP necesarios.

Por otro lado, al entrar menos gas se reducir la eficiencia volumtrica, reducindose la capacidad de la mquina, necesitndose menos HP para la compresin.

En el diagrama P-V de la Fig. 332, se muestra como en el en el ciclo 1 tenemos la mquina trabajando a su mayor presin de succin, si estrangulamos la succin, su presin bajar representndose por el ciclo 2 donde aument considerablemente los HP necesarios para una cantidad menor de gas descargada, si se provoca un estrangulamiento mayor entonces se notar que los requerimientos de potencia (HP) bajarn, siendo representados por el ciclo 3.

Fig. 332. Efecto de la vlvula de estrangulamiento en el Diagrama PV.

Resumiendo, cuando a un compresor se comienza a estrangular su succin, primero aumentan sus requerimientos de potencia, llegan a un mximo, y de ah las estrangulaciones subsiguientes bajarn los HP necesarios.

A relaciones de compresin menores de 2, la estrangulacin de succin aumenta la potencia requerida, y a partir de 2.5 dicha potencia comienza a disminuir, no teniendo prcticamente efecto el estrangulamiento sobre los requerimientos de potencia en mquinas que trabajan con relaciones de compresin comprendidas entre R = 2 y R = 2.5.

La temperatura del gas a la descarga del compresor, depende de la temperatura de succin del tipo de gas y de la relacin de compresin "R". Si al estrangular la succin aumenta "R", la temperatura del gas en la descarga aumentar. La temperatura mxima permitida en la descarga de la mayora de los compresores reciprocantes que trabajan hidrocarburos es de aproximadamente 350 F (177 C), por lo que el estrangulamiento de la succin no debe ser usado, por el riesgo de llegar fcilmente a esta temperatura.

Adems el estrangulamiento puede crear un vaco parcial que puede meter aire de la atmsfera al compresor y que junto con los hidrocarburos llega a formar una mezcla explosiva.

El estrangulamiento de la succin de un compresor para controlar su capacidad debe ser usado en forma temporal debido a los aumentos de "R" y de temperatura de descarga. Siendo por esto un medio ineficiente de controlar la capacidad de un compresor.

3.4.1.1 Control de capacidad por espacios libres.

Al final de cada carrera de compresin, algo de gas queda atrapado en el espacio libre entre el pistn y las paredes del cilindro, Fig. 333.

Fig. 333. Gas atrapado entre las paredes del cilindro y pistn (espacio libre).

En la carrera de regreso este gas se expande y la energa de esta expansin se agrega a la fuerza con la que el pistn regresa. En la carrera de compresin el compresor gasta energa en este gas del espacio libre, pero en la expansin de ste esa energa se la devuelve al pistn Fig. 334.

Fig. 334. Expansin del gas atrapado en el espacio libre.

El volumen de gas que permanezca dentro del espacio libre afectar la eficiencia volumtrica del compresor, entre mayor sea este volumen menor ser la eficiencia volumtrica y menor ser la cantidad de gas descargada, por lo que es posible controlar la capacidad por medio de espacios libres.

En la Fig. 335 se muestra un diagrama P-V de un ciclo de compresin con espacios libres.

Fig. 335. Diagrama P-V de un compresor con espacios libres.El trabajo hecho por el compresor con el espacio libre cerrado ser el del rea mostrada sin sombrear, donde el gas dentro del cilindro alcanza la presin de succin en el punto "C" y desde C hasta E entra gas fresco al cilindro. Cuando se abre el espacio libre, la cantidad de gas dentro de l se suma al que existe en el espacio libre natural (de la chaqueta) y provoca que la vlvula de succin se abra hasta el punto D entrando gas fresco solamente desde D hasta E.

La abertura del espacio libre adicional causa que el volumen manejado por la mquina disminuya. Con el espacio libre cerrado la presin de descarga se alcanzara en el punto B y desde B hasta el extremo izquierdo ser la descarga del gas, mientras que con el espacio libre abierto la presin de descarga se alcanzar hasta el punto "A", siendo menor la carrera restante y por lo tanto menor cantidad de gas descargado.

Puesto que el rea del diagrama P-V representa el trabajo efectuado se podr apreciar que con el espacio libre abierto se consumen menos HP, adems de disminuir la eficiencia volumtrica del compresor, por lo que el efecto del espacio libre es disminuir la capacidad del compresor y disminuir los HP requeridos.

En el diagrama de la Fig. 336 vemos que el compresor tiene un espacio libre excesivo donde el pistn viaja toda su carrera para alcanzar la presin de succin o la presin de descarga, pero no abren nunca ni las vlvulas de succin ni las de descarga, o sea, ni entra gas fresco al cilindro ni descarga gas el pistn. Esta condicin se conoce como capacidad cero, y comnmente se dice que el compresor est trabajando en banda o en vaco.

Fig. 336. Espacio libre excesivo del cilindro.

Sin embargo, a estas condiciones, la mquina tiende a sobrecalentarse por lo que no deben permitirse las condiciones de "capacidad cero" por largo tiempo.

El uso de espacios libres es importante cuando las relaciones de compresin aumentan, pues al aumentar el espacio libre se disminuye la sobrecarga del motor. As, puesto que los espacios libres reducen los HP necesarios en la misma cantidad que bajan la capacidad, se convierten en un mtodo eficiente para controlar la capacidad de los compresores reciprocantes.

El compresor de la Fig. 337 tiene un espacio libre fijo y permanente y no puede ser ajustado por el operador. En el caso de la Fig. 338, el compresor tiene un espacio libre fijo pero no es permanente pues puede ser abierto o cerrado por medio de la vlvula mostrada, esto hace posible agregar o quitar un volumen fijo de espacio libre cuando sea necesario.

Fig. 337. Compresor con espacio libre permanente.

Fig. 338. Compresor con espacio libre que puede ser bloqueado.En algunos cilindros se pueden roscar o bridar espacios libres de diferente volumen, pero una vez instalados, el espacio libre es fijo, Fig. 339.

Fig. 339. Espacio libre removible a travs de bridas.

El compresor de la Fig. 340 tiene un espacio libre variable o ajustable, en el cual un volante de mano hace posible ajustar el volumen del espacio libre requerido con el compresor en operacin.

Fig. 340. Espacio libre ajustable.Control de capacidad por vlvulas descargadoras.

En el ciclo normal de compresin las vlvulas de succin y descarga estn cerradas cuando se inicia la carrera de compresin.

Si una vlvula de succin queda abierta cuando se inicia la carrera de compresin, el gas regresar por ella hacia la cmara de succin y no se descargar nada de gas por la parte donde est abierta esa vlvula de succin, pues nunca se comprime el gas dentro del cilindro.

Cuando el diseo hace posible abrir manualmente una de las vlvulas de succin de un compresor, decimos que es una vlvula "descargadora", en la Fig. 341 se muestra una vlvula de este tipo la cual puede ser abierta por medio de un volante de mano.

Fig. 341. Vlvula de descargadora.

En ocasiones el volante de mano es sustituido por un "descargador" automtico integrado por un pistn y resortes donde al presionar la parte superior del pistn se abre la vlvula descargadora, Fig. 342.

Fig. 342. Descargador automtico en posicin abierto.Los descargadores automticos pueden ser controlados por la presin de succin o de descarga del propio compresor, en la Fig. 243 vemos un descargador automtico operado por la lnea de descarga a travs de una vlvula piloto.

Fig. 343. Descargador automtico operado por la presin de descarga del compresor.

Cuando se descarga un lado de un cilindro de doble efecto, se eliminan los requerimientos de potencia para ese lado, si se descargasen ambos lados el cilindro tendera a sobrecalentarse.

La operacin de las vlvulas descargadoras es como sigue:

Descargue solamente un lado en compresores de un solo cilindro.

Descargue el lado tapa para evitar el calentamiento en los empaques.

Descargue todas las vlvulas de succin de un mismo lado de los compresores multietpicos.

Cambios en capacidad:

Suponiendo un compresor de dos cilindros de doble efecto, si descarga un lado de un cilindro, la capacidad disminuye hasta el 75%, si se descargan los dos lados cigeal, la capacidad baja al 50% y as sucesivamente.

3.4.1.2 Control de capacidad por variacin de velocidad.

Otra forma de controlar la capacidad de un compresor es variando la velocidad del compresor. En los casos de motores de combustin interna, turbinas de vapor o de gas bajo carga, es posible variar la capacidad del compresor entre el 75 y 100%, al disminuir su velocidad disminuye el consumo de combustible o vapor y por lo tanto los costos de operacin, es por lo tanto un mtodo muy eficiente de controlar capacidad de compresores, movidos por motores de combustin interna o turbinas.

En la mayora de este tipo de mquinas la velocidad del motor o turbina se ajusta automticamente, Fig. 344.

Fig. 344. Ajuste de la capacidad del compresor con control de velocidad del motor o turbina.Aqu el controlador regula la velocidad estrangulando la entrada de combustible al motor, y puede estar conectado para que responda a cambios de presin o cambios de flujo en la descarga del compresor.

En el caso de compresores movidos por motores elctricos, estos ltimos tienen velocidad constante y es antieconmico usar motores elctricos de velocidad variable, por lo que el control de capacidad por variacin de velocidad est limitado a compresores movidos por mquinas de combustin interna o turbinas.

La mayora de los compresores de desplazamiento positivo trabajan a bajas velocidades, las turbinas son elementos motrices de alta velocidad, por lo que, cuando se usan para mover este tipo de compresores debe usarse un reductor de velocidad, que en algunas ocasiones es de velocidad variable.

En las figuras Fig. 345 se ven los arreglos ms usados en reductores de velocidad, trenes de engranes o bandas en "V", en los cuales segn sean las dimensiones de los engranes o de las poleas, ser la relacin de velocidad entre el elemento motriz y el elemento impulsado.

Fig. 345. Tren de engranes y juego de poleas y bandas como reductores de velocidad.

3.1 Descripcin de las partes de los compresores reciprocantes.

En los compresores reciprocantes, el mecanismo que hace posible que la presin aumente cuando el gas es forzado a ocupar un volumen menor es un pistn encerrado en un cilindro, dentro del cual se obliga al gas a ocupar un volumen menor, aumentando por consiguiente la presin, Fig. 346.

Fig. 346. Pistn y cilindro como partes principales de un compresor reciprocante.

A continuacin se describen la partes principales de los compresores reciprocantes, mencionando su funcin en el equipo, primero se hace una descripcin de las partes del compresor y posteriormente las de sus servicios auxiliares.

3.4.2.1 Partes del compresor.

En un compresor reciprocante, el gas es comprimido por el movimiento reciprocante del pistn dentro del cilindro, y para proteger el cilindro se le pone una manga o camisa.

Los extremos del cilindro estn provistos con tapas removibles que pueden ser huecas para que circule agua u otro lquido refrigerante.

La tapa del lado cigeal tiene un juego de anillos metlicos que actan como empaquetadura o sello previniendo fugas de gas alrededor de la flecha del pistn.

La siguiente figura muestra algunas de las partes principales de un compresores reciprocante y en los prrafos siguientes se describe la funcin de estas.

Fig. 347. Partes de un compresores reciprocante.

CIGEAL.

En la Fig. 348 se muestra el mecanismo que articula el cigeal con el compresor.

Fig. 348. Mecanismo del cigeal de un compresor.

Donde la flecha del pistn est fija al rbol deslizante y este articulado a la biela por medio de un perno. El rbol deslizante est provisto de zapatas de babbit para permitir un deslizamiento con un mnimo de friccin sobre los cojinetes gua; por su parte la biela es movida directamente por el cigeal, as, conforme gire el cigeal, el movimiento circular es convertido en movimiento reciprocante por medio del cigeal, biela y rbol deslizante.

CILINDROS.

Los compresores multicilndricos tienen varios cilindros en el mismo bastidor, y cada pistn est impulsado por medio del mismo cigeal.

En la Fig. 349 se muestra un compresor de cilindros opuestos, de tal manera que el movimiento de un pistn est balanceado por el movimiento del opuesto.

Fig. 349. Cilindros y pistones de un compresor reciprocante.Los compresores de este tipo son movidos por motores elctricos, motores de combustin, o una turbina, a travs de juegos de poleas y bandas en V o reductores de velocidad integrados por engranes.

Existen unidades integrales donde un motor de combustin interna est construido en la misma carcasa o bastidor del compresor y el cigeal mueve las bielas tanto del motor como del compresor, a estos equipos se les conoce como motocompresores, Fig. 350.

Fig. 350. Motocompresor.

VLVULAS.

Las compresoras de servicio pesado utilizan bsicamente vlvulas de placa, puesto que la parte que cierra contra el asiento de la vlvula es una placa plana de metal, Fig. 251.

Fig. 351 Asiento de una vlvula

Las placas pueden tener la forma de uno o varios anillos o pueden ser anillos conectados por bordes radiales. Estas placas estn oprimidas contra el asiento de la vlvula por medio de resortes.

Para que la vlvula abra el gas debe levantar la placa venciendo la tensin de los resortes, y si existe la tendencia de la placa a golpear fuertemente o a vibrar, se puede controlar cambiando la tensin de los resortes.

Las vlvulas de canal utilizan placas en forma de canal en vez de placas planas, y arriba de cada canal se tiene una muelle de acero que mantiene el canal presionado al asiento de la vlvula, Fig. 352.

Fig. 352. Placa en forma de canal y muelle.Al abrir la vlvula se levanta el canal de su asiento y permite el paso de gas a travs de ella, Fig. 353.

Fig. 353. Asiento de vlvula.

Hay otro tipo de vlvulas llamadas vlvulas de disco, semejantes a las vlvulas de un motor de automvil, estas vlvulas tienen unos discos que asientan sobre los agujeros del asiento de la vlvula, y generalmente estn hechos de baquelita o algn otro material de baja friccin,Fig. 354.

Fig. 354. Vlvula de disco.Este tipo de vlvulas se emplean cuando se desea una cada de presin baja, y por consiguiente cuando la relacin de compresin es baja.

Las vlvulas son unas de las partes ms importantes de un compresor, ya que una vlvula desgastada o daada, permitira al gas regresarse a la cmara de compresin.

El enfriamiento que sufrira una vlvula caliente por entrar lquido fro puede romper la placa de la vlvula; por lo tanto debe procurarse que el gas que se comprima no contenga lquido. As mismo basura, o cualquier cuerpo extrao, puede ensuciar o daar la vlvula al grado de evitar que asiente correctamente.

Instalacin de las vlvulas.

Las vlvulas de un compresor deben instalarse correctamente, es decir, las vlvulas de succin deben abrir cuando la presin de el gas es menor en el cilindro que en la lnea de succin.

Se verifica que una vlvula de succin est bien instalada presionando la placa, esta debe ceder hacia el interior del cilindro, y en una vlvula de descarga instalada correctamente, la placa debe ceder hacia la cmara de gas. Una vlvula de descarga instalada al revs puede causar la ruptura del cilindro, Fig. 355.

Fig. 355. Vlvula de descarga.

En esta figura se puede apreciar que esta vlvula es de descarga. Las vlvulas de los compresores estn fijas por medio de birlos y tuercas con candado para evitar que se aflojen, la mayora de los compresores antiguos estaban construidos de manera que si se suelta un candado o una tuerca, estos pedan caer dentro del cilindro y destruirse completamente. Los compresores modernos tienen un dise tal que si se suelta alguna de las partes de una vlvula, estas no caen dentro del cilindro.

Cuando una vlvula no asienta adecuadamente o est floja, el gas se regresa a la cmara de succin; por el empaque. Pero como este gas est caliente, este tipo de fugas se detecta por un aumento de temperatura en la tapa de las vlvulas.

CAMISA O MANGA.

Para reducir los costos de reparacin de los cilindros normalmente estn encamisados, as si existe un desgaste y las dimensiones de ste se salen de las tolerancias permitidas, simplemente se reemplaza la camisa y el cilindro completo.

El mayor desgaste de una camisa es en la parte inferior en los cilindros horizontales debido al peso del propio pistn. Las camisas de los cilindros generalmente tienen un resaque en los extremos, Fig. 356.

Fig. 356. Camisa o manga.

Para evitar que el desgaste de sta forme rebabas en los extremos de la camisa.

Las camisas se meten a presin en los cilindros a fin de que queden perfectamente fijas y no puedan deslizarse con el movimiento del pistn; adems. Los orificios de lubricacin de la camisa deben quedar alineados con los orificios de lubricacin del cilindro, Fig. 257. En caso contrario los orificios de lubricacin quedaran bloqueados impidiendo la adecuada lubricacin del pistn. Por otro lado, cuando se cambia la flecha del pistn este debe centrarse nuevamente respecto al resaque de la camisa.

Fig. 357. Orificio de lubricacin bloqueado por la camisa desalineada.

PISTONES.

En los compresores de baja velocidad (hasta 330 rpm) y en los compresores de media velocidad (de 330 a 600 rpm) los pistones son generalmente de hierro fundido y los que tienen de 7" de dimetro y menores, son normalmente pistones macizos y los pistones de dimetros mayores a 7" son usualmente huecos, Fig. 358.

Fig. 358. Pistones menores a 7 y de mas de 7.

La construccin hueca de estos pistones hace que sean ms livianos.

En pistones muy grandes aparte de ser huecos estn construidos de acero y recubiertos de bronce o babbit para proporcionar una superficie de bajo coeficiente de friccin.

En los equipos usados para comprimir oxgeno y otros gases donde no se puede usar aceite lubricante, los pistones se construyen de carbn o de algn otro material inerte de bajo coeficiente de friccin.

En la Fig. 359 se muestran las partes de un pistn, el cual est montado en una flecha con el extremo cnico y fijado por medio de una tuerca de seguridad. Los anillos del pistn estn dentro de ranuras y cuando el compresor alcance su temperatura de operacin, el pistn y su flecha se expanden ms que el propio cilindro, por lo tanto la tolerancia pistn a cilindro debe ser lo suficientemente grande para evitar que se force durante un sobrecalentamiento de la mquina en operacin. Sin embargo debe ser lo suficientemente pequeo para permitir el adecuado sello por medio de los anillos.

Fig. 359. Partes de un pistn.

Los fabricantes especifican las tolerancias requeridas entre el pistn y la pared del cilindro. Al instalar un pistn es necesario dejar una cierta tolerancia en cada extremo de su carrera; y de la tolerancia total permitida 1/3 de ella debe darse en el lado cigeal y los 2/3 restantes en el lado tapa.

ANILLOS DE LOS PISTONES.

Los anillos de los pistones forman un sello que evita o minimiza la fuga entre el pistn y la camisa, adems conducen calor del pistn a la pared del cilindro y el sistema de enfriamiento elimina el calor del cilindro.

Los anillos deben ser instalados de manera que ejerzan una ligera tensin contra la pared del cilindro, puesto que durante la operacin la presin del gas atrs de ellos forza a los anillos contra la pared del cilindro. Los materiales de los anillos se seleccionan de tal manera que sufran un rpido desgaste inicial y por consiguiente un sello efectivo entre ellos y la pared del cilindro.

Estos materiales se desgastan ms rpidamente que el del cilindro o la camisa y normalmente son de bronce, hierro fundido, bakelita, tefln o algn otro material semejante de bajo coeficiente de friccin que produzca poco desgaste a la camisa del cilindro.

Los anillos deben tener poca tolerancia entre ellos y el cilindro, y entre sus caras laterales y las ranuras del pistn, Fig. 360.

Fig. 360. Tolerancia entre anillos.

El cilindro por su lado debe ser perfectamente circular, sin conicidad y completamente liso. Las ranuras de los pistones deben ser de alta precisin, lisas y paralelas las caras laterales. Despus de una operacin larga estas ranuras se deforman en forma de "V" y hace necesario un chequeo de paralelismo entre caras.

Durante la operacin los anillos, deben hacer fuerza contra la pared del cilindro para producir el sello necesario, para lograrlo se construyen de una sola pieza con una ranura o segmentados de varias piezas, las ranuras les permiten expandirse conforme el compresor se calienta. En los pistones grandes y pesados se usa un expansor metlico abajo del anillo, Fig. 361.

Fig. 361. Anillos del pistn.

Estos expansores se usan tambin con anillos segmentados, ya que el expansor es el que mantiene al anillo haciendo contacto con la pared del cilindro.

Conforme el pistn pase por el orificio u orificios de lubricacin, los anillos recogen el aceite necesario para su lubricacin, Fig. 362.

Fig. 362 Anillos con aceite de lubricacin.

Este aceite lo distribuyen a lo largo de la carrera, y si no es suficiente se rayar el cilindro y los anillos produciendo excesivas fugas alrededor del pistn, adems del considerable desgaste con el que se pueden romper los anillos. En mquinas que no deben usar lubricante, usan anillos de tefln para disminuir la friccin.

SELLOS Y EMPAQUES.

Los empaques evitan fugas de gas comprimido alrededor de la flecha del pistn y si operan a presiones inferiores a la atmosfrica evitan la entrada de aire al cilindro. La mayora de los compresores modernos utilizan anillos metlicos como empaquetadura, Fig. 363.

Fig. 363. Empaques de anillos metlicos.

Los anillos estn por pares en cada taza, el nmero de tazas est determinado por la presin de operacin del compresor, y estn fijas todas ellas por medio de largos tornillos.

Los anillos de empaquetadura estn construidos en segmentos que forman el anillo y oprimen a la flecha del pistn gracias al resorte opresor que tienen. Los sellos segmentados son bsicamente de dos tipos, los radiales (B-Ring) y los tangenciales (T-Ring). Los primeros estn cortados radialmente y se usan para romper la carga de presin aplicada al segundo sello que es de tipo tangencial y es el que hace la labor de sello, el primero solamente reduce el esfuerzo aplicado, Fig. 364.

Fig. 364. Anillos segmentados.Este tipo de sellos normalmente se usan por parejas, donde el B-Ring se coloca del lado de mayor presin, Fig. 365.

Fig. 365. Colocacin del sellos B-Ring.

En casos de bajas diferencias de presin se pueden usar 2 sellos tipo T.

Estos anillos pueden ser construidos de plstico, fibra o metal, los de carbn y los de tefln se usan en casos de empaquetaduras sin lubricacin.

En algunos compresores de diseo antiguo se usa empaquetadura suave tal como asbesto, lona ahulada o plomo, y las pequeas imperfecciones o ralladuras de la flecha no los afectan tanto como a los de anillos metlicos segmentados, pero no hacen un sello tan perfecto como estos ltimos.

En la Fig. 366 se muestra el arreglo de un sello en el cual el aceite entra por la parte superior para lubricar toda la superficie de la flecha del pistn.

En la Fig. 367 se muestra otra forma de lubricar la flecha del pistn, y es por medio de una cua de tefln que distribuye el aceite.

Fig. 366. Arreglo de sellos.

Fig. 367. Lubricacin de flecha y pistn.

La presin del aceite que entra a los sellos generalmente es mayor en el periodo de asentamiento de ellos, y este aceite debe estar libre de residuos de carbn y debe ser de la viscosidad adecuada para las condiciones de presin y tempera a las que trabajar.

En muchos casos el aceite del cilindro no debe mezclarse con el aceite del carter del cigeal, y para evitarlo los cilindros tienen un juego de anillos limpiadores, estos evitan que el aceite del carter entre al cilindro y viceversa, el aceite recogido es drenado de la mquina, Fig. 368.

Fig. 368. Drenado de aceite.Por otro lado, las fugas de gas a travs de la empaquetadura deben ser drenadas a un lugar seguro para evitar fugas a la atmsfera.

Existe una lnea de venteo antes del ltimo par de anillos de sello, Fig. 369. La cantidad de gas venteado debe ser verificada peridicamente para ver el estado de los sellos. En compresores donde el venteo est conectado al sistema de desfogue, un aumento en la temperatura de la lnea de venteo significa una excesiva fuga a travs del sello.

Otras ocasiones existe circulacin de agua por dentro de las paredes de la caja de sellos para refrigerarlos, conforme la friccin y la compresin del gas los calienten, Fig. 369.

Fig. 369. Caja de sellos con enfriamiento y venteo.

En esta figura se muestra un prense con conexiones para agua de enfriamiento y termmetro.

VSTAGO, CRUCETA Y CHUMACERAS.

Los vstagos o flechas de los pistones se construyen de acero de aleacin de alta calidad con endurecimiento superficial con la finalidad de tener buena resistencia al desgaste.

Algunos gases tales como el cido sulfhdrico pueden atacar las superficies endurecidas de los aceros aleados por lo que en estos casos a los vstagos se les da un recubrimiento de cromo (cromado) para evitar el ataque de este cido u otros gases.

Puesto que la mayora de los compresores grandes utilizan empaquetadura metlica, los vstagos de los pistones deben ser perfectamente cilndricos sin conicidades en todo su largo, pues un vstago en estas condiciones o con rebabas puede daar la empaquetadura.

Por otro lado, una vez que un compresor alcanz su temperatura de trabajo el juego vertical u horizontal del vstago no debe ser mayor de 0.002".

En la Fig. 370 se muestra una cruceta tpica donde la flecha o vstago del pistn est atornillada y asegurada en su lugar por una contratuerca.

Fig. 370. Cruceta tpica atornillada.

Las zapatas del rbol deslizante son removibles y ajustables, mientras que los cojinetes gua son parte integral del cuerpo de la mquina y pueden ser planos o de media caa.

Los cojinetes deslizantes que recubren las zapatas aseguran el alineamiento vertical a no ms de 0.002" a todo lo largo de su carrera cuando la temperatura es la de trabajo.

Por su parte, la biela est equipada con dos chumaceras, generalmente de babbit, Fig. 371, y pueden ser ajustadas por medio de cuas y tornillos de ajuste.

Fig.3 71. Biela con chumaceras

Los pernos del cigeal y de la biela estn separados de las chumaceras por una delgada pelcula de aceite, el cul es alimentado a presin a travs de pequeos orificios en las chumaceras.

Las chumaceras pueden ser de babbit, bronce o aluminio, y cuando son de este ltimo el aceite debe ir particularmente limpio debido a la gran facilidad con la que se rayan las chumaceras de aluminio, en general el aceite se pasa por filtros que no dejan pasar partculas mayores de 10 micrones (0.01 mm).

En algunos compresores, la cabeza del cilindro tiene un cojinete externo, Fig. 372, el cual ayuda a soportar el peso del pistn. En casos donde no debe usarse aceite de lubricacin dentro del cilindro, se usan anillos y pistones de carbn, en estos casos es necesario usar cojinetes externos para evitar el desgaste en la parte inferior del pistn o de los anillos.

Fig. 372 Cabeza del cilindro con cojinete externo

En los compresores reciprocantes frecuentemente se tienen problemas con los vstagos de los pistones. Si un vstago se desgasta rpidamente, es probable que le falte lubricacin o que el aceite sea demasiado delgado (de baja viscosidad).

Otra causa de un rpido desgaste del vstago es cuando no est endurecido o est desalineado o deformado.

Por otro lado, los compresores reciprocantes tienen un lmite de carga sobre los vstagos, el cual no debe ser rebasado para no torcerlos.

Sin embargo, en los periodos de arranque o paro, el compresor puede trabajar cortos periodos de tiempo con cargas ligeramente arriba de las mximas permitidas.

Cuando el vstago est desalineado, el material es defectuoso o trabaja arriba de las cargas mximas, puede llegar a romperse y causar serios daos al pistn, cilindro y cruceta.

3.4.2.1 Sistema de lubricacin.

Un lubricante forma una pelcula que reduce la friccin y por lo tanto el desgaste entre las partes movibles de un compresor. La lubricacin tiene adems la funcin de refrigerante, ya que elimina el calor generado por la friccin y tambin hace la funcin de limpiador al arrastrar las partculas metlicas generadas por la friccin.

En las mquinas antiguas se us el sistema de lubricacin por salpicadura, Fig. 373, donde el aceite era salpicado a las piezas movibles por la rotacin del propio cigeal.

Fig. 373. Sistema de lubricacin por soldadura.En la Fig. 374 se muestra un arreglo donde la fuerza centrfuga obliga al aceite a pasar al perno del cigeal a travs de un conducto desde el anillo colector de aceite.

Fig. 374. Paso de aceite por el cigeal al perno.

En los sistemas de lubricacin forzada, como el de la Fig. 375, el aceite es bombeado a presin a todas las partes en movimiento.

Fig. 375. Sistema de lubricacin forzada.

Aqu el aceite colectado en el carter de la mquina pasa primero por una coladera de malla de acero que evita que la bomba succione rebabas o partes metlicas rotas, despus est la bomba de aceite que es de engranes movida por el mismo cigeal.

Para eliminar partculas de pequeo tamao a la descarga de la bomba, est un filtro, los cuales en algunos compresores son del tipo de autolimpieza, Fig. 376.

Fig. 376. Filtro.

Este tipo de filtros estn diseados para poder ser limpiados en servicio girando un raspador interno mediante el maneral que tienen.

Puesto que un compresor se daa si se reduce apreciablemente o se suspende el suministro de aceite debido a un filtro tapado, antes del filtro se coloca una vlvula de relevo. Adems, sistemas de alarma y paro automtico de la mquina.

Si un filtro se comienza a tapar, la presin de entrada al filtro aumenta, esta presin es aplicada a la vlvula de relevo, la cual se mantiene cerrada gracias al resorte que tiene, y cuando la presin vence la tensin del resorte, la vlvula se abre y el aceite regresa al crter, Fig. 277.

Fig. 377. Vlvula de relevo.

Con la vlvula, de seguridad cerrada, el aceite despus del filtro pasa por un enfriador con agua, Fig. 378, donde la temperatura se controla entre 50 y 65 C. El aceite a temperaturas inferiores a 50 C. produce condensacin de agua dentro del carter, lo que da lugar a la formacin de lodos y sedimentos.

Fig. 378. Enfriador de aceite de un sistema de lubricacin forzada.

Por su parte las temperaturas superiores a 65 C pueden hacen disminuir la resistencia mecnica del material de las chumaceras y hacerlas fallar bajo carga normal.

Cuando se tapa un filtro, la presin despus de l disminuye, lo que puede dar como resultado la destruccin de las chumaceras, por lo tanto, se instalan dispositivos de alarma y disparo por baja presin de aceite a las chumaceras.

Otro tipo de sistema de lubricacin usado en la actualidad es por medio de bloques distribuidores que reemplazan al sistema convencional de lubricadores individuales, Fig. 379.

Fig. 379. Lubricacin por bloques.Este tipo de distribuidores puede ser ajustado para entregar cada uno la cantidad necesaria de aceite en cada parte a lubricar.

En el sistema de lubricacin forzada, el cabezal de aceite limpio y a la temperatura adecuada distribuye el aceite a los puntos de lubricacin segn el diseo de la mquina, ver Fig. 380.

Fig. 380. Puntos de lubricacin.

Esta figura muestra los puntos de lubricacin de un compresor con motor integral y la Fig. 281 muestra la forma en que se lubrican los pernos del cigeal a travs de orificios dentro del propio cigeal.

Fig. 381. Lubricacin de un compresor con motor integral.Cabe mencion