bull

VdP+dh(g+ f __ (~)2 ( Ph )2 q 2 ( -T )2]=0 2d 5 (h L) 7i Th II P

y separando variables se tendrfa

VdP - =-dh

+ f L ( 4_Ph)2 (ZT)2 2 g 2d 5 h 7i T P qh

( r L (4 V~) 2 (Z-)2 - = rdh 0+ h q 2 Cgt 2d 5 h T P 7i h

=C Yg h (7 51 )

donde C tiene los mismos valores que se plantean en la ecuacion (747)

La ecuaci6n (7 51) permite calcular la presion P1 en el fondo de una columna de gas cuando la columna es estatica 0 cuando se presenta flujo Cuando es estatica qb = 0 y la ecuacion se convierte en

ZT dP= 00 1875 YgLih (7 52) pound P

Cuando qb es diferente de cero se aplica la ecuacion (751)

Para aplicar la ecuacion (7 51) se requiere resolver la integral la cual no es directa por tanto dependiendo del metodo aplicado tendremos diferentes soluciones EI metodo mas sencillo es el

conocido como de Z y T constantes en este caso la ecuacion (48) se transforma en

r dP P Mgh

f L h (4 p)2(tT)2- = RZT 1+ h _ 2gd 5 7i Th P qh

294

(7 51)

47)

a columna de gas cuando la ca qb = 0 y la ecuacion se

(7 52)

) es directa por tanto do mas sencillo es el

rma en

r PdP Mgh (753) -~ fLlh(4 PZTJ2- =RZT

p_ + _ qh

2gd 5 n ~ h

EI integral de la ecuacion (753) es de la forma

1 PdP ~ p 2 + C2

don de

c2 = f L ~~ (~Ph ZT

Jdeg5 q ~ 2gd 5 n Th

el cual se puede resolver directamente como

por tanto la ecuaci6n (753) se puede lIevar a

Mg h y lIamando - - == = S se tiene

R ZT

P2 CJ I + - = e 2S (754)

p2 + C2 2

Si se despeja P se tiene

(755)

La ecuacion (52) permite calcular la presiOn en el fondo de un pozo de gas

Cuando el pozo esta cerrado C2=O y la ecuacion (7 55) se convierte en

(7 56)

La Presion obtenida con la ecuacion (7 56) se conoce como presion de fondo estatica

295

La presion obtenida con la ecuacion(7 55) se conoce como presion de fondo fluyente

Para resolver la ecuacion (755) 0 (756) se debe recurrir a un proceso de ensayo y error pues S y C involucran Zy para conocerlo se requiere la presion promedia

Un procedimiento para calcular la presion en el fondo de un pozo de gas puede ser el siguiente

bull Suponer PJ=P2+O25(P2100)(h100) bull Calcular =(P+P2 )2 bull Calcular Z bull Calcular S y C este ultimo si se esta calculando presion de fondo fluyente bull Calcular P con ecuaciones (755 ) 0 (7 56) segun el caso bull Comparar P supuesto con P calculado Si no coinciden tomar el valor calculado como el

supuesto y repetir procedimiento

EI valor de P obtenido por el procedimiento anterior se puede mejorar si el proceso se hace por tramos 0 sea se divide la profundidad del pozo en un determinado numero de tramos de igual longitud y a cad a tramo empezando por el primero al cual se Ie conoce su presion en la cabeza se Ie aplica el procedimiento anterior para encontrarle su respectiva P 1 la cual es tambien la P2 del tramo siguiente al cual se Ie pasa entonces a determinar su P1 aplicando el procedimiento descrito Asi se continua hasta lIegar al fondo del pozo

Si se despeja ahora C2 se tiene

2S 2 2SC2(1 - e ) =P2 e - p2

En la ecuacion anterior P1 es la presion mayor Y P2 es la presion menor

Reemplazando ahora C2 por su expresi6n equivalente se tiene

L (4 P J2 p 2 _p 21( h h it 2 = 1__ 2~ 2gd 5 Th qh e 21-1J[

y despejando qb se tiene

296

middot1

=

La el dela

q

donde

=(

donde 133 Y

Ahora ingles I

q =

Y si se transfor

Cuando retomanl

(7 51)

47)

a columna de gas cuando la ca qb = 0 y la ecuacion se

(7 52)

) es directa por tanto do mas sencillo es el

rma en

r PdP Mgh (753) -~ fLlh(4 PZTJ2- =RZT

p_ + _ qh

2gd 5 n ~ h

EI integral de la ecuacion (753) es de la forma

1 PdP ~ p 2 + C2

don de

c2 = f L ~~ (~Ph ZT

Jdeg5 q ~ 2gd 5 n Th

el cual se puede resolver directamente como

por tanto la ecuaci6n (753) se puede lIevar a

Mg h y lIamando - - == = S se tiene

R ZT

P2 CJ I + - = e 2S (754)

p2 + C2 2

Si se despeja P se tiene

(755)

La ecuacion (52) permite calcular la presiOn en el fondo de un pozo de gas

Cuando el pozo esta cerrado C2=O y la ecuacion (7 55) se convierte en

(7 56)

La Presion obtenida con la ecuacion (7 56) se conoce como presion de fondo estatica

295

La presion obtenida con la ecuacion(7 55) se conoce como presion de fondo fluyente

Para resolver la ecuacion (755) 0 (756) se debe recurrir a un proceso de ensayo y error pues S y C involucran Zy para conocerlo se requiere la presion promedia

Un procedimiento para calcular la presion en el fondo de un pozo de gas puede ser el siguiente

bull Suponer PJ=P2+O25(P2100)(h100) bull Calcular =(P+P2 )2 bull Calcular Z bull Calcular S y C este ultimo si se esta calculando presion de fondo fluyente bull Calcular P con ecuaciones (755 ) 0 (7 56) segun el caso bull Comparar P supuesto con P calculado Si no coinciden tomar el valor calculado como el

supuesto y repetir procedimiento

EI valor de P obtenido por el procedimiento anterior se puede mejorar si el proceso se hace por tramos 0 sea se divide la profundidad del pozo en un determinado numero de tramos de igual longitud y a cad a tramo empezando por el primero al cual se Ie conoce su presion en la cabeza se Ie aplica el procedimiento anterior para encontrarle su respectiva P 1 la cual es tambien la P2 del tramo siguiente al cual se Ie pasa entonces a determinar su P1 aplicando el procedimiento descrito Asi se continua hasta lIegar al fondo del pozo

Si se despeja ahora C2 se tiene

2S 2 2SC2(1 - e ) =P2 e - p2

En la ecuacion anterior P1 es la presion mayor Y P2 es la presion menor

Reemplazando ahora C2 por su expresi6n equivalente se tiene

L (4 P J2 p 2 _p 21( h h it 2 = 1__ 2~ 2gd 5 Th qh e 21-1J[

y despejando qb se tiene

296

middot1

=

La el dela

q

donde

=(

donde 133 Y

Ahora ingles I

q =

Y si se transfor

Cuando retomanl

La presion obtenida con la ecuacion(7 55) se conoce como presion de fondo fluyente

Para resolver la ecuacion (755) 0 (756) se debe recurrir a un proceso de ensayo y error pues S y C involucran Zy para conocerlo se requiere la presion promedia

Un procedimiento para calcular la presion en el fondo de un pozo de gas puede ser el siguiente

bull Suponer PJ=P2+O25(P2100)(h100) bull Calcular =(P+P2 )2 bull Calcular Z bull Calcular S y C este ultimo si se esta calculando presion de fondo fluyente bull Calcular P con ecuaciones (755 ) 0 (7 56) segun el caso bull Comparar P supuesto con P calculado Si no coinciden tomar el valor calculado como el

supuesto y repetir procedimiento

EI valor de P obtenido por el procedimiento anterior se puede mejorar si el proceso se hace por tramos 0 sea se divide la profundidad del pozo en un determinado numero de tramos de igual longitud y a cad a tramo empezando por el primero al cual se Ie conoce su presion en la cabeza se Ie aplica el procedimiento anterior para encontrarle su respectiva P 1 la cual es tambien la P2 del tramo siguiente al cual se Ie pasa entonces a determinar su P1 aplicando el procedimiento descrito Asi se continua hasta lIegar al fondo del pozo

Si se despeja ahora C2 se tiene

2S 2 2SC2(1 - e ) =P2 e - p2

En la ecuacion anterior P1 es la presion mayor Y P2 es la presion menor

Reemplazando ahora C2 por su expresi6n equivalente se tiene

L (4 P J2 p 2 _p 21( h h it 2 = 1__ 2~ 2gd 5 Th qh e 21-1J[

y despejando qb se tiene

296

middot1

=

La el dela

q

donde

=(

donde 133 Y

Ahora ingles I

q =

Y si se transfor

Cuando retomanl

presion de fondo fluyente

rrir a un proceso de ensayo y error pues S y prornrI~

~uede ser el siguiente

alor calculado como el

I proceso se hace por 0 de tramos de igual 9sion en la cabeza se es tambiem la P2 del )cedimiento descrito

(7 57)

La ecuaci6n (7 57) es similar a una de las formas de la ecuacion para flujo horizontal si se escribe de la siguiente forma

q~[ S( ~)~ [ Ler~Tfr(p - Pe)

L(e2 -1)

donde Le= - shy2S

(758)

donde C es una constante que depende de las unidades cuando se usan absolutas su valor es 133 y 3255 para los sistemas SI e Ingles respectivamente

Ahora si se aplica Weymouth a la ecuacion (758) y se usan las unidades del grupo 1 del sistema ingles mostrado en la tabla 26 se tiene

IX ]005 =1 744T -- J__ (p 2_ Pe 2S )005 (7 59)

q P [ L ZT I lt h erg

Y si se usan las unidades del grupo 2 del sistema ingles de la misma tabla la ecuacion (7 59) se transforma en

0

5=4185610-4 Th d IX J

]deg (p2 _p 2 e 2 )005 (7 60) qh P [ L ZT I 2 h erg

Cuando el flujo es horizontal h=O y por tanto S=O Y Le debe ser igual a L tal como se puede ver retomando la expresion para Le

L(e 2 -1)Le =

2S

297

AI hacer S=O la expresi6n anterior se vuelve indeterminada pero tomando el limite cuando S tiende

a cero y aplicando la regia de Lhopital se tiene

2S2S

((e -1)J d dS(e -1) (2 e

2S )

lim L =L lim -- = L lim - - - - = L lim - - = L ( 2S ddS(2S) 2

S~OS~OS~O S~O

298

~Ilimite cuando S tiende BIBLIOGRAFIA

1 Arnold K and Stewart M Surface Production Operations (Vol 2 Design of Gas - Handling Systems and Facilities) Gulf Publishing Company Houston - TX - USA 1993

2 Kumar S Gas Production Engineering Gulf Publishing Company Houston - TX - USA 1987

3 Arnold K and Stewart M Surface Productions Operations (Vol 1 Design of Oil Handling Systems and Facilities) Gulf Publishing Company Houston - TX - USA 1986

4 Gas Proccessors and Supliers Association (GPSA) Engineering Data Book(Vols I and II) Tulsa Okla - USA Tenth Edition - 1987

5 Campbell JM Gas Conditioning and Processing John M Campbell and Co International Petroleum Institute Ltd Norman - Okla - USA 1968 Second Edition

6 McCain Jr W O Reservoir Fluids Properties Correlations - State of Art SPERE 0591 pag 266

7 Fournie FJC and Agostini JP Permeation Membranes Can Efficiently Replace Conventional Gas Treatment Processes JPT 0687 pag 707 - 712

8 Ikoku CH W Natural Gas Production Engineering John Wiley and Sons New York NY USA 1984

9 Beggs HD Gas Productions Operations Oil and Gas Consultants International Inc Publications Tulsa-Okla USA 1984

10 AGA Gas Engineering and Operations Practices-Volume III Distribution (Book 0 -1 System Design) Arlington - Va USA 1990

11 Naranjo A A Manejo de Producci6n en Campos de Gas Universidad Nacional de ColombiashySede Medellin Carrera Ingenieria de Petr6leos 1993

12 Naranjo AA Flujo de Gas bajo Condiciones Estables Universidad Nacional de ColombiashySede Medellin Carrera Ingenierfa de Petr6leos 1998

299

8 COM PRESION DEL GAS

81-lntroduccion

La com presion del gas es un proceso en el cual se Ie aumenta la presion a este por varias razones entre las cuales se--prreoe1TmenciOriar

EI gas se va a someter a licuefaccion La presion en superficie para mantener una tasa de produccion dada esta por debajo de la presion requerida para entregarlo al gasoducto EI gas se va a inyectar a los pozos en un proyecto de bombeo neumatico En algunos casos se com prime el gas y luego se enfria como parte del proceso de recuperacion de liquido en el gas

La com presion del gas no siempre es necesaria dependiendo de factores tales como tasa de produccion y estado de agotamiento de los pozos usa del gas y ubicacion de los sitios de consumo y metodos de transporte

82-Compresores

La com presion del as se hace con com resores en los cuales el gas entra a una presion dada lIamada presiOo de~uc~cjQn Ij 10 descargao a u a pre~On maljQ JJamaBapcesi6 dErcmsc gao

r

Es normal que en-lllliLesiacioo-Ciecompr-esi6nse tengan varios cOJ)JpresoresJQS_GlqlesectJ~leden trabajar eo paralela a eo serie ~e Q[ffisLcombinacia Cuando trabajarL~Lparalelo las presion~ de descarga y succiOn son las mismas y se usan asi P0l1lue uno solo 00 puede comJ~rim i r todo el

as condiciones requeridas Cuando trabajan en serie un solo compresor puede manejar todo el gas a comprimlr pero no puede lIevarlo a la presiOn de descarga requerida en este caso la com presiOn se debe hacer por etapas cada etapa es un compresor 0 varios trabajando en paralelo y la presiOn de succiOn de un compresor es la descarga del compresor anterior y la presiOn de descarga es la de succiOn del compresor siguiente este proceso de com presiOn se conoce como

SQrnPJ~19JlP9Iif~lt par etgQ9s

En general los compresores se agrupan en do grandes categorias de flujo intermitente 0

desplazamiento positiv~ y los de flujo continuo

Los compresores de flujo intermitente pueden ser reciprocantes y rotacionales y estos ultimos ~ pueden ser de paletas deslizantes de pistOn liquido de IObulo recto y de lobulo helicoidal F

Los compresores de flujo continuo pueden ser de tipo dinamico y eyectores a su vez los dinamicos pueden ser axiales centrifugos 0 mixtos Como su nombre 10 indica los compresores de flujo intermitente descargan el gas a intervalos mientras que los continuos 10 descargan continuamente

Los compresores mas usados son los reciprocantes y los centrifugos

La Figura 84 muestra los pasos de com presiOn en un compresor reciprocante EI elemento de com presiOn es un barril con un pistOn interno conectado a un embolo EI barril posee dos valvulas que abren 0 cierran en direcciones opuestas conectadas a las lineas de succiOn y descarga respectivamente En la posiciOn A el barril esta Ilene con gas el piston esta ubicado en el punto de maximo desplazamiento hacia la derecha y la presion dentro del barril es igual a la presion de

301

succion por 10 tanto la valvula de succion se ha cerrado En la posicion B el piston empieza a desplazarse hacia la izquierda disminuyendo el volumen del gas y aumentando la presion dentro del barril haciendo que sea mayor que la presion de succion pero men or que la presion de descarga por tanto las dos valvulas permanecen cerradas En la posicion C la presion dentro del barril ha lIegado al valor de la presion de descarga por 10 tanto la valvula de descarga se abre y empieza a descargar gas la presion permanece constante porque el piston continua su desplazamiento hacia la izquierda En la posicion 0 se suspende el movimiento del piston porque la valvula de descarga se cerro nuevamente 0 sea que el desplazamiento del piston esta entre el punto 1 y el punto 3 esta es la longitud de la carrera EI volumen de gas que aun permanece en el barril cuando el piston h~ lIegado hasta el punto 3 se conoce como volumen muerto A partir del punto 3 el piston inicia nuevamente su desplazamiento hacia la derecha 0 sea que aumenta el volumen ocupado por el gas pero como la presion dentro del barril es mayor que la presion de succion no entra gas por tanto en esta etapa ocurre expansion del volumen muerto En la posicion E continua el desplazamiento del piston pero cuendo ya la presion en el barril es menor que la presion de succion la valvula de succion abre y empieza a entrar gas el desplazamiento del piston continua hasta lIegar al punto 1 donde ya se tiene nuevamente la posicion A para iniciar el cicio de compresion

EI volumen muerto como ya se dijo es el volumen de gas que queda en el barril despues que el piston hace todo su recorrido de descarga 0 sea hasta cuando se cierra la valvula de descarga este volumen muerto se incluye en la siguiente definicion

Volumen muerto C = -----------

Desplazamiento total piston

(81 )

donde V 1 YV3 son los volumenes en el punto 1 y el punto 3 mostrados en la Figura 84

EI volumen muerto 0 C es un factor importante en el funcionamiento del compresor y afecta especial mente la eficiencia volumetrica del mismo como se vera mas adelante En la mayoria de los compresores C 0 V3 se puede variar haciendo usa de unas camaras 0 compartimientos que estan conectados al barril y aislado mediante valvulas estos compartimientos se denominan bolsillos y con ellos accionando las valvulas que 10 aislan del barril se puede en unos casos permitir que entre gas al barril para aumentBr V3 (C) 0 retirar gas del barril para disminuir V3 (C) esto debe hacerse a la presion de descarga Si C aumenta disminuye la eficiencia volumetrica y si disminuye atJmenta

Finalmente la misma Figura 84 muestra un diagrama de P vs V donde se muestra el comportamiento del volumen y la presion durante todo el cicio de compresion

Las Figuras 85 y 86 muestran esquemas de como funciona un compresor de paletas deslizantes y un compresor de lobulo ambos compresores de desplazamiento positivo rotacional

EI compresor de paletas deslizantes consta de una serie de paletas axiales que se deslizan ra la mente en un rotor montadoexcefFiCarrrente en una camara cilindrica Las condiciones de

succion y descarga se determinan por la localizacion de las paletas que se desplazan por los orificios de succion y descarga EI cicio de com presion empieza cuando la paleta delantera de cada camara deja el orificio de succion a medida que el rotor va girando el volumen de la camara

jj I

-

Receive P2 ~t----

Clear

Inlet pr P

o

Oi~9 ~ Inlet

B

P

o

DiSCh~ u=--

Inlot -- shy

C

P

DiscllarQ

--shyIn~

bull 302

________

----

I

-__shy- ___-_ _-shy - - -------------~=-~~~-~---------~-~ ~--A

shy

cerrado jn I~ S el piston empieza a ndo la presion dentro del la presion de descarga li6n dentro del barril ha la se abre y empieza a I desplazamiento hacia la valvula de descarga punto 1 y el punto 3 en el barril cuando el del punto 3 el pist6n tOlumen ocupado por i6n no entra gas por sicion E continua el que la presion de del piston continua iniciar el cicio de

Til despues que el lula de descarga

(81)

~sor y afecta mayoria de llientos que denominan mos casos luir V3 (C) netrica y si

Jestra el

zantes y

eslizan 1es de or los ~ cada

Receiver pressure P2 I

1-- Clearance volumeJI JInlet pressure

pI 1 I

I 0 StrokeI

DDi~~n =_~ Rece iver pressure

2

Clearance volume

p Inlet pressure _____

LI ~+-~--~---------4

OL-~-----_____________~

flt1----- Stroke

8

2

Clearance volume

Inial pressure

DiSCh~rge _

Inlet

p ~~~~~~~------~~ Expansion o h-_~_____________________~~

---Slrok~

J

E

Receiver pressure Compression

2

Clearance volume ---+shy

p ~~~------~-----shyc

Receiver pressure

Discg~Clearance volume Inlet pressure

p~~~~~~~------=~ InCI_-----shyo~r-------------------~ --Stroke ------_

Discharge

-------- - - - _- - _ _ -~-~-~---~ - - ~ -=-- bull ~- - - ~ -

Figura 84- Cicio de un Compresor Reciprocante

303

disminuye y el gas se va comprimien-do hasta que la paleta delantera deja el orificio de salida Estos compresores descargan el gas a presiones relativamente bajas

EI compresor de la Figura 86 tambiem se conoce como ventilador rotacional Las cuatro posiciones que se muestran en la figura explican el proceso de compresion en este tipo de compresor la com presion del gas no ocurre internamente sino que se presenta al descargar el gas a la linea de descarga donde va a encontrar una contrapresion Estos compresores tambiem descargan el gas a presiones bajas

83- Ciclos de Compresi6n

De acuerdo al comportamiento de la presion volumen y temperatura del gas durante la compresion se habla de los siguientes tipos de compresion

Isotermico Isentropico Politropico

EI proceso iSQtermicQsaca[acteriza porque a tempera-tura del gas perm a ce coostante es un prOceso practica-mente ideal porque el gas al ser compnml ()Se calienta y para mantener la temperatura constante es necesario remover el calor generado a la misma rata que se esta generando 10 cual es bastante dificil ELJlliKaso-Jseotropico se cfilrfilcteriza porquela entrop9 del gas permanece constante no hay transferencia de calor tambien se conoce como proceso adiabatico es mas posible tener en la practica este tipo de proceso pues la transferencia de calor se puede eliminar con un buen aislamiento el proceso de compresion de un compresor reciprocante se aproxima al cicio isentropico EI cicio oli r za or ue la

--ternperatura deLg no QErmanece constante y ha_~ rans ere cia_de alor la com presion con un compresor centrifugo se aproxima a este cicio

Una expresion para describir el cicio isotermico se puede obtener recordando la ecuacion de estado de los gases ideales

PV = nRT

Y como T permanece constante el lado der ho de esta expresion es constante y por 10 tanto se puedetener

PV = constante (8 2)

como la expresion para describir el cicio de com presion isotermico

Para obtener una expresion para el cicio isentropico se debe tener en cuenta que como no hay transferencia de calor el calor generado durante la com presion sera igual al cambio en energia interna mas el trabajo realizado para efectuar el cambio en volumen 0 sea

q = dE + Pdv = 0 (83)

dE = -Pdv (84)

por otra parte teniendo en cuenta que la energfa interna es funcion de la temperatura y el volumen se puede escribir

I

304

AI hacer S=O la expresi6n anterior se vuelve indeterminada pero tomando el limite cuando S tiende

a cero y aplicando la regia de Lhopital se tiene

2S2S

((e -1)J d dS(e -1) (2 e

2S )

lim L =L lim -- = L lim - - - - = L lim - - = L ( 2S ddS(2S) 2

S~OS~OS~O S~O

298

~Ilimite cuando S tiende BIBLIOGRAFIA

1 Arnold K and Stewart M Surface Production Operations (Vol 2 Design of Gas - Handling Systems and Facilities) Gulf Publishing Company Houston - TX - USA 1993

2 Kumar S Gas Production Engineering Gulf Publishing Company Houston - TX - USA 1987

3 Arnold K and Stewart M Surface Productions Operations (Vol 1 Design of Oil Handling Systems and Facilities) Gulf Publishing Company Houston - TX - USA 1986

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5 Campbell JM Gas Conditioning and Processing John M Campbell and Co International Petroleum Institute Ltd Norman - Okla - USA 1968 Second Edition

6 McCain Jr W O Reservoir Fluids Properties Correlations - State of Art SPERE 0591 pag 266

7 Fournie FJC and Agostini JP Permeation Membranes Can Efficiently Replace Conventional Gas Treatment Processes JPT 0687 pag 707 - 712

8 Ikoku CH W Natural Gas Production Engineering John Wiley and Sons New York NY USA 1984

9 Beggs HD Gas Productions Operations Oil and Gas Consultants International Inc Publications Tulsa-Okla USA 1984

10 AGA Gas Engineering and Operations Practices-Volume III Distribution (Book 0 -1 System Design) Arlington - Va USA 1990

11 Naranjo A A Manejo de Producci6n en Campos de Gas Universidad Nacional de ColombiashySede Medellin Carrera Ingenieria de Petr6leos 1993

12 Naranjo AA Flujo de Gas bajo Condiciones Estables Universidad Nacional de ColombiashySede Medellin Carrera Ingenierfa de Petr6leos 1998

299

8 COM PRESION DEL GAS

81-lntroduccion

La com presion del gas es un proceso en el cual se Ie aumenta la presion a este por varias razones entre las cuales se--prreoe1TmenciOriar

EI gas se va a someter a licuefaccion La presion en superficie para mantener una tasa de produccion dada esta por debajo de la presion requerida para entregarlo al gasoducto EI gas se va a inyectar a los pozos en un proyecto de bombeo neumatico En algunos casos se com prime el gas y luego se enfria como parte del proceso de recuperacion de liquido en el gas

La com presion del gas no siempre es necesaria dependiendo de factores tales como tasa de produccion y estado de agotamiento de los pozos usa del gas y ubicacion de los sitios de consumo y metodos de transporte

82-Compresores

La com presion del as se hace con com resores en los cuales el gas entra a una presion dada lIamada presiOo de~uc~cjQn Ij 10 descargao a u a pre~On maljQ JJamaBapcesi6 dErcmsc gao

r

Es normal que en-lllliLesiacioo-Ciecompr-esi6nse tengan varios cOJ)JpresoresJQS_GlqlesectJ~leden trabajar eo paralela a eo serie ~e Q[ffisLcombinacia Cuando trabajarL~Lparalelo las presion~ de descarga y succiOn son las mismas y se usan asi P0l1lue uno solo 00 puede comJ~rim i r todo el

as condiciones requeridas Cuando trabajan en serie un solo compresor puede manejar todo el gas a comprimlr pero no puede lIevarlo a la presiOn de descarga requerida en este caso la com presiOn se debe hacer por etapas cada etapa es un compresor 0 varios trabajando en paralelo y la presiOn de succiOn de un compresor es la descarga del compresor anterior y la presiOn de descarga es la de succiOn del compresor siguiente este proceso de com presiOn se conoce como

SQrnPJ~19JlP9Iif~lt par etgQ9s

En general los compresores se agrupan en do grandes categorias de flujo intermitente 0

desplazamiento positiv~ y los de flujo continuo

Los compresores de flujo intermitente pueden ser reciprocantes y rotacionales y estos ultimos ~ pueden ser de paletas deslizantes de pistOn liquido de IObulo recto y de lobulo helicoidal F

Los compresores de flujo continuo pueden ser de tipo dinamico y eyectores a su vez los dinamicos pueden ser axiales centrifugos 0 mixtos Como su nombre 10 indica los compresores de flujo intermitente descargan el gas a intervalos mientras que los continuos 10 descargan continuamente

Los compresores mas usados son los reciprocantes y los centrifugos

La Figura 84 muestra los pasos de com presiOn en un compresor reciprocante EI elemento de com presiOn es un barril con un pistOn interno conectado a un embolo EI barril posee dos valvulas que abren 0 cierran en direcciones opuestas conectadas a las lineas de succiOn y descarga respectivamente En la posiciOn A el barril esta Ilene con gas el piston esta ubicado en el punto de maximo desplazamiento hacia la derecha y la presion dentro del barril es igual a la presion de

301

succion por 10 tanto la valvula de succion se ha cerrado En la posicion B el piston empieza a desplazarse hacia la izquierda disminuyendo el volumen del gas y aumentando la presion dentro del barril haciendo que sea mayor que la presion de succion pero men or que la presion de descarga por tanto las dos valvulas permanecen cerradas En la posicion C la presion dentro del barril ha lIegado al valor de la presion de descarga por 10 tanto la valvula de descarga se abre y empieza a descargar gas la presion permanece constante porque el piston continua su desplazamiento hacia la izquierda En la posicion 0 se suspende el movimiento del piston porque la valvula de descarga se cerro nuevamente 0 sea que el desplazamiento del piston esta entre el punto 1 y el punto 3 esta es la longitud de la carrera EI volumen de gas que aun permanece en el barril cuando el piston h~ lIegado hasta el punto 3 se conoce como volumen muerto A partir del punto 3 el piston inicia nuevamente su desplazamiento hacia la derecha 0 sea que aumenta el volumen ocupado por el gas pero como la presion dentro del barril es mayor que la presion de succion no entra gas por tanto en esta etapa ocurre expansion del volumen muerto En la posicion E continua el desplazamiento del piston pero cuendo ya la presion en el barril es menor que la presion de succion la valvula de succion abre y empieza a entrar gas el desplazamiento del piston continua hasta lIegar al punto 1 donde ya se tiene nuevamente la posicion A para iniciar el cicio de compresion

EI volumen muerto como ya se dijo es el volumen de gas que queda en el barril despues que el piston hace todo su recorrido de descarga 0 sea hasta cuando se cierra la valvula de descarga este volumen muerto se incluye en la siguiente definicion

Volumen muerto C = -----------

Desplazamiento total piston

(81 )

donde V 1 YV3 son los volumenes en el punto 1 y el punto 3 mostrados en la Figura 84

EI volumen muerto 0 C es un factor importante en el funcionamiento del compresor y afecta especial mente la eficiencia volumetrica del mismo como se vera mas adelante En la mayoria de los compresores C 0 V3 se puede variar haciendo usa de unas camaras 0 compartimientos que estan conectados al barril y aislado mediante valvulas estos compartimientos se denominan bolsillos y con ellos accionando las valvulas que 10 aislan del barril se puede en unos casos permitir que entre gas al barril para aumentBr V3 (C) 0 retirar gas del barril para disminuir V3 (C) esto debe hacerse a la presion de descarga Si C aumenta disminuye la eficiencia volumetrica y si disminuye atJmenta

Finalmente la misma Figura 84 muestra un diagrama de P vs V donde se muestra el comportamiento del volumen y la presion durante todo el cicio de compresion

Las Figuras 85 y 86 muestran esquemas de como funciona un compresor de paletas deslizantes y un compresor de lobulo ambos compresores de desplazamiento positivo rotacional

EI compresor de paletas deslizantes consta de una serie de paletas axiales que se deslizan ra la mente en un rotor montadoexcefFiCarrrente en una camara cilindrica Las condiciones de

succion y descarga se determinan por la localizacion de las paletas que se desplazan por los orificios de succion y descarga EI cicio de com presion empieza cuando la paleta delantera de cada camara deja el orificio de succion a medida que el rotor va girando el volumen de la camara

jj I

-

Receive P2 ~t----

Clear

Inlet pr P

o

Oi~9 ~ Inlet

B

P

o

DiSCh~ u=--

Inlot -- shy

C

P

DiscllarQ

--shyIn~

bull 302

________

----

I

-__shy- ___-_ _-shy - - -------------~=-~~~-~---------~-~ ~--A

shy

cerrado jn I~ S el piston empieza a ndo la presion dentro del la presion de descarga li6n dentro del barril ha la se abre y empieza a I desplazamiento hacia la valvula de descarga punto 1 y el punto 3 en el barril cuando el del punto 3 el pist6n tOlumen ocupado por i6n no entra gas por sicion E continua el que la presion de del piston continua iniciar el cicio de

Til despues que el lula de descarga

(81)

~sor y afecta mayoria de llientos que denominan mos casos luir V3 (C) netrica y si

Jestra el

zantes y

eslizan 1es de or los ~ cada

Receiver pressure P2 I

1-- Clearance volumeJI JInlet pressure

pI 1 I

I 0 StrokeI

DDi~~n =_~ Rece iver pressure

2

Clearance volume

p Inlet pressure _____

LI ~+-~--~---------4

OL-~-----_____________~

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8

2

Clearance volume

Inial pressure

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Inlet

p ~~~~~~~------~~ Expansion o h-_~_____________________~~

---Slrok~

J

E

Receiver pressure Compression

2

Clearance volume ---+shy

p ~~~------~-----shyc

Receiver pressure

Discg~Clearance volume Inlet pressure

p~~~~~~~------=~ InCI_-----shyo~r-------------------~ --Stroke ------_

Discharge

-------- - - - _- - _ _ -~-~-~---~ - - ~ -=-- bull ~- - - ~ -

Figura 84- Cicio de un Compresor Reciprocante

303

disminuye y el gas se va comprimien-do hasta que la paleta delantera deja el orificio de salida Estos compresores descargan el gas a presiones relativamente bajas

EI compresor de la Figura 86 tambiem se conoce como ventilador rotacional Las cuatro posiciones que se muestran en la figura explican el proceso de compresion en este tipo de compresor la com presion del gas no ocurre internamente sino que se presenta al descargar el gas a la linea de descarga donde va a encontrar una contrapresion Estos compresores tambiem descargan el gas a presiones bajas

83- Ciclos de Compresi6n

De acuerdo al comportamiento de la presion volumen y temperatura del gas durante la compresion se habla de los siguientes tipos de compresion

Isotermico Isentropico Politropico

EI proceso iSQtermicQsaca[acteriza porque a tempera-tura del gas perm a ce coostante es un prOceso practica-mente ideal porque el gas al ser compnml ()Se calienta y para mantener la temperatura constante es necesario remover el calor generado a la misma rata que se esta generando 10 cual es bastante dificil ELJlliKaso-Jseotropico se cfilrfilcteriza porquela entrop9 del gas permanece constante no hay transferencia de calor tambien se conoce como proceso adiabatico es mas posible tener en la practica este tipo de proceso pues la transferencia de calor se puede eliminar con un buen aislamiento el proceso de compresion de un compresor reciprocante se aproxima al cicio isentropico EI cicio oli r za or ue la

--ternperatura deLg no QErmanece constante y ha_~ rans ere cia_de alor la com presion con un compresor centrifugo se aproxima a este cicio

Una expresion para describir el cicio isotermico se puede obtener recordando la ecuacion de estado de los gases ideales

PV = nRT

Y como T permanece constante el lado der ho de esta expresion es constante y por 10 tanto se puedetener

PV = constante (8 2)

como la expresion para describir el cicio de com presion isotermico

Para obtener una expresion para el cicio isentropico se debe tener en cuenta que como no hay transferencia de calor el calor generado durante la com presion sera igual al cambio en energia interna mas el trabajo realizado para efectuar el cambio en volumen 0 sea

q = dE + Pdv = 0 (83)

dE = -Pdv (84)

por otra parte teniendo en cuenta que la energfa interna es funcion de la temperatura y el volumen se puede escribir

I

304

~Ilimite cuando S tiende BIBLIOGRAFIA

1 Arnold K and Stewart M Surface Production Operations (Vol 2 Design of Gas - Handling Systems and Facilities) Gulf Publishing Company Houston - TX - USA 1993

2 Kumar S Gas Production Engineering Gulf Publishing Company Houston - TX - USA 1987

3 Arnold K and Stewart M Surface Productions Operations (Vol 1 Design of Oil Handling Systems and Facilities) Gulf Publishing Company Houston - TX - USA 1986

4 Gas Proccessors and Supliers Association (GPSA) Engineering Data Book(Vols I and II) Tulsa Okla - USA Tenth Edition - 1987

5 Campbell JM Gas Conditioning and Processing John M Campbell and Co International Petroleum Institute Ltd Norman - Okla - USA 1968 Second Edition

6 McCain Jr W O Reservoir Fluids Properties Correlations - State of Art SPERE 0591 pag 266

7 Fournie FJC and Agostini JP Permeation Membranes Can Efficiently Replace Conventional Gas Treatment Processes JPT 0687 pag 707 - 712

8 Ikoku CH W Natural Gas Production Engineering John Wiley and Sons New York NY USA 1984

9 Beggs HD Gas Productions Operations Oil and Gas Consultants International Inc Publications Tulsa-Okla USA 1984

10 AGA Gas Engineering and Operations Practices-Volume III Distribution (Book 0 -1 System Design) Arlington - Va USA 1990

11 Naranjo A A Manejo de Producci6n en Campos de Gas Universidad Nacional de ColombiashySede Medellin Carrera Ingenieria de Petr6leos 1993

12 Naranjo AA Flujo de Gas bajo Condiciones Estables Universidad Nacional de ColombiashySede Medellin Carrera Ingenierfa de Petr6leos 1998

299

8 COM PRESION DEL GAS

81-lntroduccion

La com presion del gas es un proceso en el cual se Ie aumenta la presion a este por varias razones entre las cuales se--prreoe1TmenciOriar

EI gas se va a someter a licuefaccion La presion en superficie para mantener una tasa de produccion dada esta por debajo de la presion requerida para entregarlo al gasoducto EI gas se va a inyectar a los pozos en un proyecto de bombeo neumatico En algunos casos se com prime el gas y luego se enfria como parte del proceso de recuperacion de liquido en el gas

La com presion del gas no siempre es necesaria dependiendo de factores tales como tasa de produccion y estado de agotamiento de los pozos usa del gas y ubicacion de los sitios de consumo y metodos de transporte

82-Compresores

La com presion del as se hace con com resores en los cuales el gas entra a una presion dada lIamada presiOo de~uc~cjQn Ij 10 descargao a u a pre~On maljQ JJamaBapcesi6 dErcmsc gao

r

Es normal que en-lllliLesiacioo-Ciecompr-esi6nse tengan varios cOJ)JpresoresJQS_GlqlesectJ~leden trabajar eo paralela a eo serie ~e Q[ffisLcombinacia Cuando trabajarL~Lparalelo las presion~ de descarga y succiOn son las mismas y se usan asi P0l1lue uno solo 00 puede comJ~rim i r todo el

as condiciones requeridas Cuando trabajan en serie un solo compresor puede manejar todo el gas a comprimlr pero no puede lIevarlo a la presiOn de descarga requerida en este caso la com presiOn se debe hacer por etapas cada etapa es un compresor 0 varios trabajando en paralelo y la presiOn de succiOn de un compresor es la descarga del compresor anterior y la presiOn de descarga es la de succiOn del compresor siguiente este proceso de com presiOn se conoce como

SQrnPJ~19JlP9Iif~lt par etgQ9s

En general los compresores se agrupan en do grandes categorias de flujo intermitente 0

desplazamiento positiv~ y los de flujo continuo

Los compresores de flujo intermitente pueden ser reciprocantes y rotacionales y estos ultimos ~ pueden ser de paletas deslizantes de pistOn liquido de IObulo recto y de lobulo helicoidal F

Los compresores de flujo continuo pueden ser de tipo dinamico y eyectores a su vez los dinamicos pueden ser axiales centrifugos 0 mixtos Como su nombre 10 indica los compresores de flujo intermitente descargan el gas a intervalos mientras que los continuos 10 descargan continuamente

Los compresores mas usados son los reciprocantes y los centrifugos

La Figura 84 muestra los pasos de com presiOn en un compresor reciprocante EI elemento de com presiOn es un barril con un pistOn interno conectado a un embolo EI barril posee dos valvulas que abren 0 cierran en direcciones opuestas conectadas a las lineas de succiOn y descarga respectivamente En la posiciOn A el barril esta Ilene con gas el piston esta ubicado en el punto de maximo desplazamiento hacia la derecha y la presion dentro del barril es igual a la presion de

301

succion por 10 tanto la valvula de succion se ha cerrado En la posicion B el piston empieza a desplazarse hacia la izquierda disminuyendo el volumen del gas y aumentando la presion dentro del barril haciendo que sea mayor que la presion de succion pero men or que la presion de descarga por tanto las dos valvulas permanecen cerradas En la posicion C la presion dentro del barril ha lIegado al valor de la presion de descarga por 10 tanto la valvula de descarga se abre y empieza a descargar gas la presion permanece constante porque el piston continua su desplazamiento hacia la izquierda En la posicion 0 se suspende el movimiento del piston porque la valvula de descarga se cerro nuevamente 0 sea que el desplazamiento del piston esta entre el punto 1 y el punto 3 esta es la longitud de la carrera EI volumen de gas que aun permanece en el barril cuando el piston h~ lIegado hasta el punto 3 se conoce como volumen muerto A partir del punto 3 el piston inicia nuevamente su desplazamiento hacia la derecha 0 sea que aumenta el volumen ocupado por el gas pero como la presion dentro del barril es mayor que la presion de succion no entra gas por tanto en esta etapa ocurre expansion del volumen muerto En la posicion E continua el desplazamiento del piston pero cuendo ya la presion en el barril es menor que la presion de succion la valvula de succion abre y empieza a entrar gas el desplazamiento del piston continua hasta lIegar al punto 1 donde ya se tiene nuevamente la posicion A para iniciar el cicio de compresion

EI volumen muerto como ya se dijo es el volumen de gas que queda en el barril despues que el piston hace todo su recorrido de descarga 0 sea hasta cuando se cierra la valvula de descarga este volumen muerto se incluye en la siguiente definicion

Volumen muerto C = -----------

Desplazamiento total piston

(81 )

donde V 1 YV3 son los volumenes en el punto 1 y el punto 3 mostrados en la Figura 84

EI volumen muerto 0 C es un factor importante en el funcionamiento del compresor y afecta especial mente la eficiencia volumetrica del mismo como se vera mas adelante En la mayoria de los compresores C 0 V3 se puede variar haciendo usa de unas camaras 0 compartimientos que estan conectados al barril y aislado mediante valvulas estos compartimientos se denominan bolsillos y con ellos accionando las valvulas que 10 aislan del barril se puede en unos casos permitir que entre gas al barril para aumentBr V3 (C) 0 retirar gas del barril para disminuir V3 (C) esto debe hacerse a la presion de descarga Si C aumenta disminuye la eficiencia volumetrica y si disminuye atJmenta

Finalmente la misma Figura 84 muestra un diagrama de P vs V donde se muestra el comportamiento del volumen y la presion durante todo el cicio de compresion

Las Figuras 85 y 86 muestran esquemas de como funciona un compresor de paletas deslizantes y un compresor de lobulo ambos compresores de desplazamiento positivo rotacional

EI compresor de paletas deslizantes consta de una serie de paletas axiales que se deslizan ra la mente en un rotor montadoexcefFiCarrrente en una camara cilindrica Las condiciones de

succion y descarga se determinan por la localizacion de las paletas que se desplazan por los orificios de succion y descarga EI cicio de com presion empieza cuando la paleta delantera de cada camara deja el orificio de succion a medida que el rotor va girando el volumen de la camara

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cerrado jn I~ S el piston empieza a ndo la presion dentro del la presion de descarga li6n dentro del barril ha la se abre y empieza a I desplazamiento hacia la valvula de descarga punto 1 y el punto 3 en el barril cuando el del punto 3 el pist6n tOlumen ocupado por i6n no entra gas por sicion E continua el que la presion de del piston continua iniciar el cicio de

Til despues que el lula de descarga

(81)

~sor y afecta mayoria de llientos que denominan mos casos luir V3 (C) netrica y si

Jestra el

zantes y

eslizan 1es de or los ~ cada

Receiver pressure P2 I

1-- Clearance volumeJI JInlet pressure

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Figura 84- Cicio de un Compresor Reciprocante

303

disminuye y el gas se va comprimien-do hasta que la paleta delantera deja el orificio de salida Estos compresores descargan el gas a presiones relativamente bajas

EI compresor de la Figura 86 tambiem se conoce como ventilador rotacional Las cuatro posiciones que se muestran en la figura explican el proceso de compresion en este tipo de compresor la com presion del gas no ocurre internamente sino que se presenta al descargar el gas a la linea de descarga donde va a encontrar una contrapresion Estos compresores tambiem descargan el gas a presiones bajas

83- Ciclos de Compresi6n

De acuerdo al comportamiento de la presion volumen y temperatura del gas durante la compresion se habla de los siguientes tipos de compresion

Isotermico Isentropico Politropico

EI proceso iSQtermicQsaca[acteriza porque a tempera-tura del gas perm a ce coostante es un prOceso practica-mente ideal porque el gas al ser compnml ()Se calienta y para mantener la temperatura constante es necesario remover el calor generado a la misma rata que se esta generando 10 cual es bastante dificil ELJlliKaso-Jseotropico se cfilrfilcteriza porquela entrop9 del gas permanece constante no hay transferencia de calor tambien se conoce como proceso adiabatico es mas posible tener en la practica este tipo de proceso pues la transferencia de calor se puede eliminar con un buen aislamiento el proceso de compresion de un compresor reciprocante se aproxima al cicio isentropico EI cicio oli r za or ue la

--ternperatura deLg no QErmanece constante y ha_~ rans ere cia_de alor la com presion con un compresor centrifugo se aproxima a este cicio

Una expresion para describir el cicio isotermico se puede obtener recordando la ecuacion de estado de los gases ideales

PV = nRT

Y como T permanece constante el lado der ho de esta expresion es constante y por 10 tanto se puedetener

PV = constante (8 2)

como la expresion para describir el cicio de com presion isotermico

Para obtener una expresion para el cicio isentropico se debe tener en cuenta que como no hay transferencia de calor el calor generado durante la com presion sera igual al cambio en energia interna mas el trabajo realizado para efectuar el cambio en volumen 0 sea

q = dE + Pdv = 0 (83)

dE = -Pdv (84)

por otra parte teniendo en cuenta que la energfa interna es funcion de la temperatura y el volumen se puede escribir

I

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8 COM PRESION DEL GAS

81-lntroduccion

La com presion del gas es un proceso en el cual se Ie aumenta la presion a este por varias razones entre las cuales se--prreoe1TmenciOriar

EI gas se va a someter a licuefaccion La presion en superficie para mantener una tasa de produccion dada esta por debajo de la presion requerida para entregarlo al gasoducto EI gas se va a inyectar a los pozos en un proyecto de bombeo neumatico En algunos casos se com prime el gas y luego se enfria como parte del proceso de recuperacion de liquido en el gas

La com presion del gas no siempre es necesaria dependiendo de factores tales como tasa de produccion y estado de agotamiento de los pozos usa del gas y ubicacion de los sitios de consumo y metodos de transporte

82-Compresores

La com presion del as se hace con com resores en los cuales el gas entra a una presion dada lIamada presiOo de~uc~cjQn Ij 10 descargao a u a pre~On maljQ JJamaBapcesi6 dErcmsc gao

r

Es normal que en-lllliLesiacioo-Ciecompr-esi6nse tengan varios cOJ)JpresoresJQS_GlqlesectJ~leden trabajar eo paralela a eo serie ~e Q[ffisLcombinacia Cuando trabajarL~Lparalelo las presion~ de descarga y succiOn son las mismas y se usan asi P0l1lue uno solo 00 puede comJ~rim i r todo el

as condiciones requeridas Cuando trabajan en serie un solo compresor puede manejar todo el gas a comprimlr pero no puede lIevarlo a la presiOn de descarga requerida en este caso la com presiOn se debe hacer por etapas cada etapa es un compresor 0 varios trabajando en paralelo y la presiOn de succiOn de un compresor es la descarga del compresor anterior y la presiOn de descarga es la de succiOn del compresor siguiente este proceso de com presiOn se conoce como

SQrnPJ~19JlP9Iif~lt par etgQ9s

En general los compresores se agrupan en do grandes categorias de flujo intermitente 0

desplazamiento positiv~ y los de flujo continuo

Los compresores de flujo intermitente pueden ser reciprocantes y rotacionales y estos ultimos ~ pueden ser de paletas deslizantes de pistOn liquido de IObulo recto y de lobulo helicoidal F

Los compresores de flujo continuo pueden ser de tipo dinamico y eyectores a su vez los dinamicos pueden ser axiales centrifugos 0 mixtos Como su nombre 10 indica los compresores de flujo intermitente descargan el gas a intervalos mientras que los continuos 10 descargan continuamente

Los compresores mas usados son los reciprocantes y los centrifugos

La Figura 84 muestra los pasos de com presiOn en un compresor reciprocante EI elemento de com presiOn es un barril con un pistOn interno conectado a un embolo EI barril posee dos valvulas que abren 0 cierran en direcciones opuestas conectadas a las lineas de succiOn y descarga respectivamente En la posiciOn A el barril esta Ilene con gas el piston esta ubicado en el punto de maximo desplazamiento hacia la derecha y la presion dentro del barril es igual a la presion de

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succion por 10 tanto la valvula de succion se ha cerrado En la posicion B el piston empieza a desplazarse hacia la izquierda disminuyendo el volumen del gas y aumentando la presion dentro del barril haciendo que sea mayor que la presion de succion pero men or que la presion de descarga por tanto las dos valvulas permanecen cerradas En la posicion C la presion dentro del barril ha lIegado al valor de la presion de descarga por 10 tanto la valvula de descarga se abre y empieza a descargar gas la presion permanece constante porque el piston continua su desplazamiento hacia la izquierda En la posicion 0 se suspende el movimiento del piston porque la valvula de descarga se cerro nuevamente 0 sea que el desplazamiento del piston esta entre el punto 1 y el punto 3 esta es la longitud de la carrera EI volumen de gas que aun permanece en el barril cuando el piston h~ lIegado hasta el punto 3 se conoce como volumen muerto A partir del punto 3 el piston inicia nuevamente su desplazamiento hacia la derecha 0 sea que aumenta el volumen ocupado por el gas pero como la presion dentro del barril es mayor que la presion de succion no entra gas por tanto en esta etapa ocurre expansion del volumen muerto En la posicion E continua el desplazamiento del piston pero cuendo ya la presion en el barril es menor que la presion de succion la valvula de succion abre y empieza a entrar gas el desplazamiento del piston continua hasta lIegar al punto 1 donde ya se tiene nuevamente la posicion A para iniciar el cicio de compresion

EI volumen muerto como ya se dijo es el volumen de gas que queda en el barril despues que el piston hace todo su recorrido de descarga 0 sea hasta cuando se cierra la valvula de descarga este volumen muerto se incluye en la siguiente definicion

Volumen muerto C = -----------

Desplazamiento total piston

(81 )

donde V 1 YV3 son los volumenes en el punto 1 y el punto 3 mostrados en la Figura 84

EI volumen muerto 0 C es un factor importante en el funcionamiento del compresor y afecta especial mente la eficiencia volumetrica del mismo como se vera mas adelante En la mayoria de los compresores C 0 V3 se puede variar haciendo usa de unas camaras 0 compartimientos que estan conectados al barril y aislado mediante valvulas estos compartimientos se denominan bolsillos y con ellos accionando las valvulas que 10 aislan del barril se puede en unos casos permitir que entre gas al barril para aumentBr V3 (C) 0 retirar gas del barril para disminuir V3 (C) esto debe hacerse a la presion de descarga Si C aumenta disminuye la eficiencia volumetrica y si disminuye atJmenta

Finalmente la misma Figura 84 muestra un diagrama de P vs V donde se muestra el comportamiento del volumen y la presion durante todo el cicio de compresion

Las Figuras 85 y 86 muestran esquemas de como funciona un compresor de paletas deslizantes y un compresor de lobulo ambos compresores de desplazamiento positivo rotacional

EI compresor de paletas deslizantes consta de una serie de paletas axiales que se deslizan ra la mente en un rotor montadoexcefFiCarrrente en una camara cilindrica Las condiciones de

succion y descarga se determinan por la localizacion de las paletas que se desplazan por los orificios de succion y descarga EI cicio de com presion empieza cuando la paleta delantera de cada camara deja el orificio de succion a medida que el rotor va girando el volumen de la camara

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(81)

~sor y afecta mayoria de llientos que denominan mos casos luir V3 (C) netrica y si

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1-- Clearance volumeJI JInlet pressure

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2

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Figura 84- Cicio de un Compresor Reciprocante

303

disminuye y el gas se va comprimien-do hasta que la paleta delantera deja el orificio de salida Estos compresores descargan el gas a presiones relativamente bajas

EI compresor de la Figura 86 tambiem se conoce como ventilador rotacional Las cuatro posiciones que se muestran en la figura explican el proceso de compresion en este tipo de compresor la com presion del gas no ocurre internamente sino que se presenta al descargar el gas a la linea de descarga donde va a encontrar una contrapresion Estos compresores tambiem descargan el gas a presiones bajas

83- Ciclos de Compresi6n

De acuerdo al comportamiento de la presion volumen y temperatura del gas durante la compresion se habla de los siguientes tipos de compresion

Isotermico Isentropico Politropico

EI proceso iSQtermicQsaca[acteriza porque a tempera-tura del gas perm a ce coostante es un prOceso practica-mente ideal porque el gas al ser compnml ()Se calienta y para mantener la temperatura constante es necesario remover el calor generado a la misma rata que se esta generando 10 cual es bastante dificil ELJlliKaso-Jseotropico se cfilrfilcteriza porquela entrop9 del gas permanece constante no hay transferencia de calor tambien se conoce como proceso adiabatico es mas posible tener en la practica este tipo de proceso pues la transferencia de calor se puede eliminar con un buen aislamiento el proceso de compresion de un compresor reciprocante se aproxima al cicio isentropico EI cicio oli r za or ue la

--ternperatura deLg no QErmanece constante y ha_~ rans ere cia_de alor la com presion con un compresor centrifugo se aproxima a este cicio

Una expresion para describir el cicio isotermico se puede obtener recordando la ecuacion de estado de los gases ideales

PV = nRT

Y como T permanece constante el lado der ho de esta expresion es constante y por 10 tanto se puedetener

PV = constante (8 2)

como la expresion para describir el cicio de com presion isotermico

Para obtener una expresion para el cicio isentropico se debe tener en cuenta que como no hay transferencia de calor el calor generado durante la com presion sera igual al cambio en energia interna mas el trabajo realizado para efectuar el cambio en volumen 0 sea

q = dE + Pdv = 0 (83)

dE = -Pdv (84)

por otra parte teniendo en cuenta que la energfa interna es funcion de la temperatura y el volumen se puede escribir

I

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succion por 10 tanto la valvula de succion se ha cerrado En la posicion B el piston empieza a desplazarse hacia la izquierda disminuyendo el volumen del gas y aumentando la presion dentro del barril haciendo que sea mayor que la presion de succion pero men or que la presion de descarga por tanto las dos valvulas permanecen cerradas En la posicion C la presion dentro del barril ha lIegado al valor de la presion de descarga por 10 tanto la valvula de descarga se abre y empieza a descargar gas la presion permanece constante porque el piston continua su desplazamiento hacia la izquierda En la posicion 0 se suspende el movimiento del piston porque la valvula de descarga se cerro nuevamente 0 sea que el desplazamiento del piston esta entre el punto 1 y el punto 3 esta es la longitud de la carrera EI volumen de gas que aun permanece en el barril cuando el piston h~ lIegado hasta el punto 3 se conoce como volumen muerto A partir del punto 3 el piston inicia nuevamente su desplazamiento hacia la derecha 0 sea que aumenta el volumen ocupado por el gas pero como la presion dentro del barril es mayor que la presion de succion no entra gas por tanto en esta etapa ocurre expansion del volumen muerto En la posicion E continua el desplazamiento del piston pero cuendo ya la presion en el barril es menor que la presion de succion la valvula de succion abre y empieza a entrar gas el desplazamiento del piston continua hasta lIegar al punto 1 donde ya se tiene nuevamente la posicion A para iniciar el cicio de compresion

EI volumen muerto como ya se dijo es el volumen de gas que queda en el barril despues que el piston hace todo su recorrido de descarga 0 sea hasta cuando se cierra la valvula de descarga este volumen muerto se incluye en la siguiente definicion

Volumen muerto C = -----------

Desplazamiento total piston

(81 )

donde V 1 YV3 son los volumenes en el punto 1 y el punto 3 mostrados en la Figura 84

EI volumen muerto 0 C es un factor importante en el funcionamiento del compresor y afecta especial mente la eficiencia volumetrica del mismo como se vera mas adelante En la mayoria de los compresores C 0 V3 se puede variar haciendo usa de unas camaras 0 compartimientos que estan conectados al barril y aislado mediante valvulas estos compartimientos se denominan bolsillos y con ellos accionando las valvulas que 10 aislan del barril se puede en unos casos permitir que entre gas al barril para aumentBr V3 (C) 0 retirar gas del barril para disminuir V3 (C) esto debe hacerse a la presion de descarga Si C aumenta disminuye la eficiencia volumetrica y si disminuye atJmenta

Finalmente la misma Figura 84 muestra un diagrama de P vs V donde se muestra el comportamiento del volumen y la presion durante todo el cicio de compresion

Las Figuras 85 y 86 muestran esquemas de como funciona un compresor de paletas deslizantes y un compresor de lobulo ambos compresores de desplazamiento positivo rotacional

EI compresor de paletas deslizantes consta de una serie de paletas axiales que se deslizan ra la mente en un rotor montadoexcefFiCarrrente en una camara cilindrica Las condiciones de

succion y descarga se determinan por la localizacion de las paletas que se desplazan por los orificios de succion y descarga EI cicio de com presion empieza cuando la paleta delantera de cada camara deja el orificio de succion a medida que el rotor va girando el volumen de la camara

jj I

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Til despues que el lula de descarga

(81)

~sor y afecta mayoria de llientos que denominan mos casos luir V3 (C) netrica y si

Jestra el

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Receiver pressure P2 I

1-- Clearance volumeJI JInlet pressure

pI 1 I

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2

Clearance volume

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8

2

Clearance volume

Inial pressure

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Receiver pressure Compression

2

Clearance volume ---+shy

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Discg~Clearance volume Inlet pressure

p~~~~~~~------=~ InCI_-----shyo~r-------------------~ --Stroke ------_

Discharge

-------- - - - _- - _ _ -~-~-~---~ - - ~ -=-- bull ~- - - ~ -

Figura 84- Cicio de un Compresor Reciprocante

303

disminuye y el gas se va comprimien-do hasta que la paleta delantera deja el orificio de salida Estos compresores descargan el gas a presiones relativamente bajas

EI compresor de la Figura 86 tambiem se conoce como ventilador rotacional Las cuatro posiciones que se muestran en la figura explican el proceso de compresion en este tipo de compresor la com presion del gas no ocurre internamente sino que se presenta al descargar el gas a la linea de descarga donde va a encontrar una contrapresion Estos compresores tambiem descargan el gas a presiones bajas

83- Ciclos de Compresi6n

De acuerdo al comportamiento de la presion volumen y temperatura del gas durante la compresion se habla de los siguientes tipos de compresion

Isotermico Isentropico Politropico

EI proceso iSQtermicQsaca[acteriza porque a tempera-tura del gas perm a ce coostante es un prOceso practica-mente ideal porque el gas al ser compnml ()Se calienta y para mantener la temperatura constante es necesario remover el calor generado a la misma rata que se esta generando 10 cual es bastante dificil ELJlliKaso-Jseotropico se cfilrfilcteriza porquela entrop9 del gas permanece constante no hay transferencia de calor tambien se conoce como proceso adiabatico es mas posible tener en la practica este tipo de proceso pues la transferencia de calor se puede eliminar con un buen aislamiento el proceso de compresion de un compresor reciprocante se aproxima al cicio isentropico EI cicio oli r za or ue la

--ternperatura deLg no QErmanece constante y ha_~ rans ere cia_de alor la com presion con un compresor centrifugo se aproxima a este cicio

Una expresion para describir el cicio isotermico se puede obtener recordando la ecuacion de estado de los gases ideales

PV = nRT

Y como T permanece constante el lado der ho de esta expresion es constante y por 10 tanto se puedetener

PV = constante (8 2)

como la expresion para describir el cicio de com presion isotermico

Para obtener una expresion para el cicio isentropico se debe tener en cuenta que como no hay transferencia de calor el calor generado durante la com presion sera igual al cambio en energia interna mas el trabajo realizado para efectuar el cambio en volumen 0 sea

q = dE + Pdv = 0 (83)

dE = -Pdv (84)

por otra parte teniendo en cuenta que la energfa interna es funcion de la temperatura y el volumen se puede escribir

I

304

________

----

I

-__shy- ___-_ _-shy - - -------------~=-~~~-~---------~-~ ~--A

shy

cerrado jn I~ S el piston empieza a ndo la presion dentro del la presion de descarga li6n dentro del barril ha la se abre y empieza a I desplazamiento hacia la valvula de descarga punto 1 y el punto 3 en el barril cuando el del punto 3 el pist6n tOlumen ocupado por i6n no entra gas por sicion E continua el que la presion de del piston continua iniciar el cicio de

Til despues que el lula de descarga

(81)

~sor y afecta mayoria de llientos que denominan mos casos luir V3 (C) netrica y si

Jestra el

zantes y

eslizan 1es de or los ~ cada

Receiver pressure P2 I

1-- Clearance volumeJI JInlet pressure

pI 1 I

I 0 StrokeI

DDi~~n =_~ Rece iver pressure

2

Clearance volume

p Inlet pressure _____

LI ~+-~--~---------4

OL-~-----_____________~

flt1----- Stroke

8

2

Clearance volume

Inial pressure

DiSCh~rge _

Inlet

p ~~~~~~~------~~ Expansion o h-_~_____________________~~

---Slrok~

J

E

Receiver pressure Compression

2

Clearance volume ---+shy

p ~~~------~-----shyc

Receiver pressure

Discg~Clearance volume Inlet pressure

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Discharge

-------- - - - _- - _ _ -~-~-~---~ - - ~ -=-- bull ~- - - ~ -

Figura 84- Cicio de un Compresor Reciprocante

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disminuye y el gas se va comprimien-do hasta que la paleta delantera deja el orificio de salida Estos compresores descargan el gas a presiones relativamente bajas

EI compresor de la Figura 86 tambiem se conoce como ventilador rotacional Las cuatro posiciones que se muestran en la figura explican el proceso de compresion en este tipo de compresor la com presion del gas no ocurre internamente sino que se presenta al descargar el gas a la linea de descarga donde va a encontrar una contrapresion Estos compresores tambiem descargan el gas a presiones bajas

83- Ciclos de Compresi6n

De acuerdo al comportamiento de la presion volumen y temperatura del gas durante la compresion se habla de los siguientes tipos de compresion

Isotermico Isentropico Politropico

EI proceso iSQtermicQsaca[acteriza porque a tempera-tura del gas perm a ce coostante es un prOceso practica-mente ideal porque el gas al ser compnml ()Se calienta y para mantener la temperatura constante es necesario remover el calor generado a la misma rata que se esta generando 10 cual es bastante dificil ELJlliKaso-Jseotropico se cfilrfilcteriza porquela entrop9 del gas permanece constante no hay transferencia de calor tambien se conoce como proceso adiabatico es mas posible tener en la practica este tipo de proceso pues la transferencia de calor se puede eliminar con un buen aislamiento el proceso de compresion de un compresor reciprocante se aproxima al cicio isentropico EI cicio oli r za or ue la

--ternperatura deLg no QErmanece constante y ha_~ rans ere cia_de alor la com presion con un compresor centrifugo se aproxima a este cicio

Una expresion para describir el cicio isotermico se puede obtener recordando la ecuacion de estado de los gases ideales

PV = nRT

Y como T permanece constante el lado der ho de esta expresion es constante y por 10 tanto se puedetener

PV = constante (8 2)

como la expresion para describir el cicio de com presion isotermico

Para obtener una expresion para el cicio isentropico se debe tener en cuenta que como no hay transferencia de calor el calor generado durante la com presion sera igual al cambio en energia interna mas el trabajo realizado para efectuar el cambio en volumen 0 sea

q = dE + Pdv = 0 (83)

dE = -Pdv (84)

por otra parte teniendo en cuenta que la energfa interna es funcion de la temperatura y el volumen se puede escribir

I

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disminuye y el gas se va comprimien-do hasta que la paleta delantera deja el orificio de salida Estos compresores descargan el gas a presiones relativamente bajas

EI compresor de la Figura 86 tambiem se conoce como ventilador rotacional Las cuatro posiciones que se muestran en la figura explican el proceso de compresion en este tipo de compresor la com presion del gas no ocurre internamente sino que se presenta al descargar el gas a la linea de descarga donde va a encontrar una contrapresion Estos compresores tambiem descargan el gas a presiones bajas

83- Ciclos de Compresi6n

De acuerdo al comportamiento de la presion volumen y temperatura del gas durante la compresion se habla de los siguientes tipos de compresion

Isotermico Isentropico Politropico

EI proceso iSQtermicQsaca[acteriza porque a tempera-tura del gas perm a ce coostante es un prOceso practica-mente ideal porque el gas al ser compnml ()Se calienta y para mantener la temperatura constante es necesario remover el calor generado a la misma rata que se esta generando 10 cual es bastante dificil ELJlliKaso-Jseotropico se cfilrfilcteriza porquela entrop9 del gas permanece constante no hay transferencia de calor tambien se conoce como proceso adiabatico es mas posible tener en la practica este tipo de proceso pues la transferencia de calor se puede eliminar con un buen aislamiento el proceso de compresion de un compresor reciprocante se aproxima al cicio isentropico EI cicio oli r za or ue la

--ternperatura deLg no QErmanece constante y ha_~ rans ere cia_de alor la com presion con un compresor centrifugo se aproxima a este cicio

Una expresion para describir el cicio isotermico se puede obtener recordando la ecuacion de estado de los gases ideales

PV = nRT

Y como T permanece constante el lado der ho de esta expresion es constante y por 10 tanto se puedetener

PV = constante (8 2)

como la expresion para describir el cicio de com presion isotermico

Para obtener una expresion para el cicio isentropico se debe tener en cuenta que como no hay transferencia de calor el calor generado durante la com presion sera igual al cambio en energia interna mas el trabajo realizado para efectuar el cambio en volumen 0 sea

q = dE + Pdv = 0 (83)

dE = -Pdv (84)

por otra parte teniendo en cuenta que la energfa interna es funcion de la temperatura y el volumen se puede escribir

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