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Enfoque para la detección de fugas en válvulas compresoras

jose luis Rattia
Jose Luis Rattia | Desarrollo de Negocios, RECIP & ROTATING SERVICES CA

En mi experiencia como un Ingeniero en Mantenimiento Predictivo, efectuando análisis de vibraciones en compresores reciprocantes, he podido observar que las válvulas compresoras, son una de las partes importantes en la operación de los compresores reciprocantes.

En primer lugar, necesitamos comprender como el flujo de gas circula a través del cilindro, siguiendo el camino correcto desde la botella de succión, hacia la botella de descarga, y seguidamente hacia la tubería de descarga y finalmente hacia el usuario final.

Figura 1. Proceso en el Compresor de Gas

     Figura 2. Flujo correcto.                               Figura 3. Flujo incorrecto.

Ambas figuras; 2, y 3 arriba mostradas indican el correcto, e incorrecto camino que podría seguir el flujo de gas. Cuando el flujo en “reversa” está presente, entonces las condiciones de fuga están construyendo un camino a seguir, hacia afuera del cilindro compresor, representando ello una; fuga en “válvulas de succión”, o bien hacia lo interno del cilindro compresor, comportándose ello; como; fuga en “válvula de descarga”.

Figura 4. Puntos de referencisa en las boquillas

La figura 4, nos explica en una mejor forma, como el flujo de gas debería ser. Bajo condiciones normales; cada válvula compresora bien sea esta de succión, o descarga, no debería permitirse generar flujo en “reversa”. Cada válvula de succión, y descarga efectúa su trabajo, similar a una “válvula check”, lo cual significa; la válvula de succión no permite el gas salga del cilindro, causando un incremento de la temperatura en la boquilla de succión, de igual modo en la válvula de descarga tampoco la corriente de gas debe por “presión diferencial” entrar al cilindro compresor durante la carrera de succión, este efecto causa un incremento en las temperaturas de las válvulas de descarga

El patrón normal debe ser:

 

Dado se trabaja con gas natural, entonces debe tenerse en mente, la ecuación de los gases ideales, y cualquier otra relación que permite predecir el comportamiento de las variables como; presión, temperatura, y flujo (mmscf/d).

Como un referencia que nos da la correcta información de cómo la temperatura está cambiando en el proceso, he de mencionar una práctica relación que predice la temperatura de descarga(T2), a partir de la temperatura de succión, (T1), la relación de compresion (R), y la relación de calor especifico (K), tal como se muestra en la figura 5.

Figura 5 Relación para cálculo de temperatura de descarga 

La tabla 1: mostrada abajo nos indica como la temperatura de descarga puede ser construida a partir de la temperatura de succión, y la relación de compresión, como factores involucrados en el cálculo. Ahí tú puedes observar que, para una relación de compresión constante, la temperatura de descarga se incrementa, esta condición considera unos anillos de pistón en buenas condiciones. La relación de compresión comportándose de modo estable, significa poco desgaste en anillos de pistón. Los datos obtenidos se obtuvieron mediante una hoja de Excel, considerando las relaciones entre; temperatura de succión (TI), temperatura de descarga (T2), relación de compresión (R), y la relación de calor especifico del gas (K).

Es muy importante referir, como debería ser calculada la temperatura de descarga (T2) a partir de la temperatura de succión, (T1), cada vez que el pistón compresor va hacia adelante, y hacia atrás desde la posición definida por el punto muerto en el lado externo, hasta la posición de cambio de dirección en el punto cercano al bastidor en el lado interno. En consecuencia, si se tiene cada vez más una mayor temperatura de succión más de lo normal, entonces podrías observar un incremento en la temperatura de descarga promedio en la válvula de descarga. Si la relación de compresión se mantiene constante, ello ha de ser una señal de que el cilindro compresor y todos sus componentes se encuentran en condiciones saludables.

Tabla 1. Cálculos de temperaturas de descarga

Las condiciones normales en anillos de pistón se suponen bajo condiciones de un adecuado sistema para monitoreo de la lubricación, gas de proceso sin suciedad, así como vibraciones en los componentes del compresor bajo condiciones normales. Si se quiere ver el comportamiento típico de desgaste en anillos de pistón del compresor reciprocante, puedes comenzar a evaluar, tendencia en la relación de compresión, así como también la interacción entre; las temperaturas de succión, descarga, y la relación de compresión para determinar la temperatura de descarga promedio en la boquilla de descarga.

Como un efecto general; la temperatura de descarga se incrementa como la temperatura de succión también aumenta. Por otro lado; en la tabla 2, se puede observar como la temperatura de descarga decrece cuando la relación de compresión decrece notablemente, ello representa una condición que indica desgaste en los anillos compresores. Ello puede ser corroborado con programas de monitoreo de condiciones por medio de; colectar la presión en cada lado del cilindro compresor con un transductor de presión, a través de un colector de datos, y luego evaluar los diagramas Presión – Volumen, para un diagnostico asertivo.

Cuadro 2. Relación de temperatura descarga vs relación de compresión

He querido compartir con ustedes este interesante punto de vista, con el propósito de aclarar como ellos están relacionados; temperaturas de; succión, descarga, y la relación de compresión. Es importante destacar el rol desempeñado por los valores de las temperaturas de succión, y la relación de compresión, en la conformación de la temperatura de descarga, ello permitirá poseer más herramienta para el análisis y correcto diagnóstico.

Creo una palabra resume lo que ocurre en las válvulas compresoras; operan como; válvulas de retención, con una función específica, permiten el paso de gas en una dirección, en la dirección opuesta previenen su flujo. Cuando la función de las válvulas compresoras no se lleva a cabo de modo correcto, un desbalance en la operación de las variables; presión, temperatura, y flujo se hace presente.

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Juan

Excelente articulo estimado Rattia. .

jose luis rattia

Gracias estimado Juan Carlos, si he estado aplicando estos criterios en campo de la mano con el colector de datos, y han dado excelentes resultados. El comentario acerca de la fuga en anillos compresores aplica de igual modo, la expresión que define la relacion entre la ; relacion de compresion, la temperatura de succión, y temperatura de descarga muestra como en la practica lo podemos comprobar claramente con las mediciones de temperaturas y los valores de presiones en las diferentes etapas de compresion.