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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “RAFAEL MARÍA BARALT” PROGRAMA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA PROYECTO INGENIERÍA DE GAS

TURBOEXPANSORES

Bachilerres:

Altagracia, Septiembre de 2012

1.-TURBOEXPANSORES Los turboexpansores son turbomáquinas destinadas a disminuir la presión y la temperatura de los gases, aumentando su volumen para así poder licuarlos o condensarlos, este dispositivo convierte la energía de la presión de gas en trabajo útil el cual es aprovechado en forma de trabajo producido para generar potencia. El trabajo es extraído por un compresor centrífugo que es ayudado por un “Re-Compresor” que aumenta la corriente del gas después de que se hayan extraído los líquidos condensados de LGN (Las ruedas del Expansor y del compresor están unidas por los extremos de un eje común.) Esta combinación del expansor y del compresor en una sola máquina conocida por una variedad de nombres,

con

Expander/Compressor,

ExpanderBrake-Cornpressor

y

Expander/Booster-Compressor siendo la más común. El Expander/compressor (compresor Expansor) el cual es el corazón de las plantas criogénicas. En general la palabra turboexpansor o simplemente expansor es utilizada para hacer referencia al sistema completo, formado por la turbina en si donde se produce la expansión propiamente dicha del fluido y el compresor asociado sobre el mismo eje que es la carga, empleado para comprimir algún fluido del proceso. Cuando la potencia a extraer no es significativa suele usarse directamente un freno hidráulico como carga, en ese caso la energía se disipa en aeroenfriadores perdiéndose al medio. Hay distintos tipos de expansores pero los que más se usan son los radiales de reacción, turbina centrípeta que ha permitido cubrir una extensa gama de aplicaciones vedadas hasta ese entonces en otro tipo de turbinas, en particular en el caso de la criogenia. Los turboexpansores se usan normalmente en procesos de gas natural que tienen altas presiones de alimentación (más de 400 psig), productos con alimentación variable y donde se desea una gran cantidad (mayor de 30%) de recuperación de etano. Consisten en juegos alternados de toberas y álabes rotativos a través de los cuales el vapor o gas fluyen en un proceso de Expansión

estable. El turboexpansor se utiliza también para convertir la energía de una corriente de gas que se expande en un trabajo mecánico. El uso del turboexpansor, sin embargo, no elimina la necesidad de la válvula de expansión Joule Thompson que se usa en los sistemas convencionales de refrigeración.

2.-CARACTERÍSTICAS

DE

LOS

TURBOEXPANSORES

O

TURBINAS

RADIALES DE REACCIÓN. En este tipo de turbina parte es expandido en las toberas ingresando el gas tangencialmente al rotor, combinando la velocidad del fluido radial con la velocidad periférica del rotor de modo de que no halla un choque con las paredes, permitiendo trabajar como se mencionó anteriormente con parte del fluido en estado líquido. En general este tipo de máquina no es utilizada por los inconvenientes de la adaptación en multietapas. Otra particularidad importante es el diseño de las toberas móviles las cuales permiten trabajar con eficiencia en una amplia gama de presiones y caudales adaptando su forma según sea las condiciones de carga. La capacidad de trabajar con fase líquida las hace aptas en el uso de la energía geotérmica por ejemplo.

3.- PROCESO DE REGRIFERACION POR EXPANSION

REFRIGERACIÓN

EXTERNA O MECÁNICA: La refrigeración es el proceso más directo para la recuperación de líquidos, en la cual la refrigeración externa o mecánica es proporcionada por un ciclo de expansión–compresión de vapor, que generalmente utiliza al propano como agente refrigerante.

Refrigeración mecánica o externa (ciclo del propano) EXPANSIÓN JOULE – THOMPSON:

En la expansión Joule – Thompson el

gas pasa primero por un intercambiador de calor para recibir un pre-enfriamiento, y posteriormente a través de una válvula de expansión o estrangulador. Esta expansión es un proceso isoentálpico donde la caída de presión genera una disminución de temperatura, cual provoca una separación de los líquidos condensables. Generalmente en este tipo de proceso, el gas debe comprimirse para alcanzar la presión requerida para su transporte.

4.- TURBINAS DE EXPANSIÓN O EXPANSIÓN CRIOGÉNICA: En este proceso, el gas se hace pasar a través de una turbina de expansión. Es esta misma expansión del gas la que genera potencia a través de una flecha, reduciendo de esta manera la entalpía del gas. Esta disminución de entalpía provoca una mayor caída de presión que en las válvulas de expansión, con lo que se alcanzan menores temperaturas, y por lo tanto, una mayor recuperación de líquidos. Este proceso se ha vuelto muy popular debido a su relativo bajo costo y simplicidad. La temperatura final que se alcanza en la salida depende de la caída de presión, de la cantidad de líquidos recuperados y de la potencia alcanzada en la flecha. Esta potencia se puede utilizar para impulsar un compresor o cogenerar energía eléctrica. EXPANSOR-COMPRESOR:

Los procesos de compresión provocan aumento

en la presión. Dispositivos como el compresor y la bomba son diseñados para este propósito, son usados para el transporte de fluido o para preparar la materia prima a condiciones requeridas de proceso. Para el caso de la expansión de un gas se debe pasar de una presión alta a una baja.

En el lapso de este cambio se puede obtener trabajo de la corriente de gas, como es el caso de la turbina, pero también es posible disminuir la presión por un proceso de estrangulamiento sin lograr trabajo tal como ocurre en una válvula. En la compresión se considera dos casos, el isotermo y el adiabático. Para una compresión isoterma el trabajo de flecha es:

W*S=* RTLnP*2*/P*1* Donde: WS: Es el trabajo de flecha. R: Constante universal de los gases. T: Temperatura. P1: Presión de succión. P2: Presión de descarga. Esta ecuación también se refiere a la expansión de un gas ideal debido a que: PV*=*RT Donde: P: presión. V: volumen. Para un proceso de compresión adiabático se tiene la ecuación: WS=* *Δh* =*Cp* (*T*2-*T*1*) Donde: Δh: Cambio en la entalpia. Cp: Capacidad calorífica.

T2: Temperatura de descarga. T1: Temperatura de succión. COMPRESIÓN:

Para una compresión de camino isotermo requiere menos

trabajo que el camino adiabático. Tal como se observa en la figura 3.1 donde el área bajo la curva de la isoterma es menor comparado con el que se tendría si se llegara a la línea adiabática. Ambos caminos se consideran reversibles para un gas ideal de P1 a P2. El camino de una compresión real se sitúa entre estos dos límites pero es más cercano al adiabático. Sin embargo al comprimir en etapas con un enfriamiento a presión contante entre cada paso, es posible, al menos en principio alcanzar el camino isotermo. En las compresiones reciprocantes se sugiere utilizar varias etapas de compresión cuando la relación entre la presión de descarga con respecto a la de entrada es muy grande usualmente se diseñan con una razón entre 4 a 6 por etapas (kyle 1984).

EXPANSIÓN:

Hay dos razones de importancia para expandir gases:

Obtención de trabajo. Producción de temperatura más baja en el proceso, como en el

caso de

licuefacción y la refrigeración. En ambos casos el gas es capaz de producir trabajo, pero para el caso de la licuefacción el énfasis es en la obtención de una temperatura baja. Un ejemplo de esto es un proceso de estrangulamiento adiabático (Δh= 0) que disminuye la temperatura del gas, pero no produce trabajo. En el otro extremo está la turbina

que puede extraer casi el 85% de trabajo máximo disponible de una corriente de alta presión y temer atura. Para obtener el máximo trabajo de la expansión de gas se prefiere un proceso isotermo sobre el adiabático. En una expansión multietapas con calentamiento en cada etapa sería posible alcanzar el proceso isotermo cuando cada etapa operara adiabáticamente, sería bueno usar el camino isotermo, cuando sea maximizar el trabajo que se puede obtener. Las eficiencias para la turbina son definidas de maneras análogas a la de los compresores. * N*t*=*Trabajo real entregado * RT1*Ln P*1*/P*2 * Donde: Nt= Eficiencia isoterma de expansión. R= Contante universal de los gases. P1= Presión de succión. P2= Presión de descarga. La licuefacción se usa para disminuir el volumen de almacenamiento como en el caso del gas natural, en proceso de separación de O2 y N2 del aire. De igual manera la licuefacción se usa para estudiar propiedades de materiales a bajas temperaturas. El régimen criogénico comprende temperaturas por debajo de los -100 °F. Las temperaturas criogénicas se obtienen por la evaporación rápida de los líquidos volátiles o por la expansión de gases confinados a presión de en 350 a 200 atmosferas. La expansión puede darse a través de una región de menor presión.

Muchos procesos han desarrollados y son usados para licuar gases. Los procesos de refrigeración están constituidos de manera similar, difieren de los procesos de licuefacción en que estos son cíclicos y el fluido de trabajo generalmente permanece a una temperatura más baja que su temperatura critica. Todos

los

sistemas

criogénicos

consisten

en

un

compresor,

un

intercambiador y un expansor. Hay dos métodos básicos para producir frio ambos son procesos que manejan gases y hacen uso de el hecho de que el calor compresor se transfiere al ambiente y el gas es entonces expandido y enfriado. EXPANSIÓN ADIABÁTICA:

El segundo método para producir frio es la

adiabática o isoentropica la figura 3.7 muestra el ciclo Claude donde un gas comprime de 30 a 50 Bar y el calor es removido por un intercambiador luego pasa por un calentador. Una porción de gas a presión alta se regresa o envía a una turbina donde el cambio en entropía es cero y se expande produciendo energía mecánica. El enfriamiento se produce por un expansor y una válvula.

5.- EVALUACIÓN TERMODINAMICA: Todos los procesos reales de gases, sean estos ideales o no, son irreversibles hasta cierto punto. Sin embargo, es necesario suponer la reversibilidad para poder ilustrar un proceso de expansión en un diagrama termodinámico. En la figura 4 se ilustra un ejemplo típico de expansión, tanto en forma de diagrama de presión y temperatura como expresado como un diagrama de temperatura y entropía. En estos diagramas, se puede suponer que el gas se encuentra en un estado definido por el punto 1, con una presión P1,un volumen especifico V1, una temperatura T1, una entalpia H1, y una isoentropia S1, todo ello corresponde al estado 1. El punto 2 representa el punto final o terminal en una expansión isoentropica, y la trayectoria de 1 a 2 representa la sucesión de etapas por la cual el gas pasara a dilatarse, sin que se registre una transmisión de calor en una

maquina reversible. Una expansión irreversible real a partir del punto 1 concluirá en algún punto, como por ejemplo 2, que tiene la misma presión que prevalece en 2; pero con temperatura, entalpia y entropía altas. Si la expansión a partir del punto 1 se extendiera hasta una presión inferior a P2, terminando en el punto 3, habría entrado en la región bifásica bajo la curva de saturación, dando como resultado una condensación parcial del gas. Si el gas es dilatante fuera una mezcla en lugar de un componente puro, también se registraría un cambio de composición como resultado de la condensación. La relación de calor, trabajo y energía para un expansor se expresa, utilizando la primera ley termodinámica como sigue: *H2 *- H*1*= Q - W En donde: H2: entalpia del fluido que entra al expansor H1: entalpia del fluido que sale del expansor Q: calor transferido al fluido W: trabajo realizado por el fluido (trabajo útil mas perdidas mecánicas) Un expansor bien aislado con una velocidad de gasto normal, será casi adiabático y se puede suponer que Q es igual a 0, lo cual da la expresión fundamental para un trabajo ejecutado por el gas:

W= -ΔH El trabajo realizado por cualquier gas en expansión adiabática, es igual que el cambio real de entalpia de gas, esta ecuación se aplica tanto en los gases reales como ideales, así como en procesos reales y reversibles. Si la expansión es también isoentropica, el trabajo ejecutado se define como trabajo isoentropico WS. Esta cantidad sirve como base para definir la eficiencia isentropica ES.

{ ES= TRABAJO REAL = -ΔH = H2 - H1 WS H2 - H1 En donde: H1: entalpia inicial H2: entalpia final después de la expansión isentropica Se puede usar la eficiencia isentropica o la politropica para cálculos del expansor, a condición de que se utilicen ecuaciones congruentes a lo largo de las operaciones (Jekat, correspondencia particular). El uso de la eficiencia isentropica ofrece el método más sencillo para calcular el funcionamiento de un expansor, cuando se dispone de la grafica de mollier, ya que (H2- H1) se puede leer directamente en la misma. Para mezclas complejas de gas para las cuales no existe graficas de mollier, se recurre habitualmente al análisis politropico o al isentropico. Se encontrara una descripción detallada de los cálculos de funcionamiento del turboexpansor en adabie. Los turboexpansores de flujo radial hacia adentro se diseñan para manejar cantidades relativamente grandes de condensación, con una pérdida muy pequeña de eficiencia.

6.- ANÁLISIS DE FALLAS Y POSIBLES SOLUCIONES: Fallos en cojinetes: Los cojinetes son unos elementos esenciales, ya que es ahí donde va apoyado el rotor y por tanto todo el sistema, también nos evitan los desplazamientos hacia delante o detrás del sistema, ya que la turbina provoca un empuje. Se utilizan cojinetes antifricción ya que los rodamientos no aguantarían el peso de semejante sistema, los cojinetes tienen una capa de un metal llamado Babit, que permite girar al rotor con un rozamiento muy pequeño, pero es un metal

muy delicado que hay que cuidar para evitar su degradación y por tanto el comienzo de posibles problemas. Los posibles fallos que se pueden dar en esta pieza son los siguientes:

 Desplazamiento axial excesivo

 Fallos en la lubricación

 Desgaste del material antifricción

 Golpes y daños en material antifricción

 Problemas de lubricación Fallos en álabes:

El fallo en los álabes es un muy delicado, estos están

sometidos a esfuerzos y cargas térmicas muy grandes, todo ello girando a altas velocidades, lo que puede provocar que pequeños defectos en su superficie se hagan importantes al poco tiempo, pudiendo llegar a romperse el alabe y provocando un gran desastre en el interior de la turbina, a continuación a exponer algunos de los más importantes:  Impactos  Fisuras  Rotura por velocidad crítica  Pérdida de recubrimiento cerámico

 Obstrucción de orificios de refrigeración  Corrosión  Erosión  Roces  Deformación por fluencia térmica  Sobre temperatura

Fallos de control y de la instrumentación : La probabilidad de fallo es estable en toda la vida del equipo, pero hay veces que todo el sistema puede estar funcionando bien, pero que sean los sensores que nos tendrían que indicar los fallos los que estén funcionando mal, y nos estén dando falsos fallos que nos podrían hacer parar la central y a la hora de ir a ver la avería ver que todo está correcto y que ha sido un fallo del sensor que como todo se puede estropear, por lo que para evitar estas falsas alarmas se utiliza el sistema 2 de 3, esto es, tenemos 3 sensores para controlar la misma cosa, solo en caso de que 2 de esos 3 sensores nos adviertan de fallos debemos hacerlos caso, ya que puede ser que si solo fuese uno podría estar averiado. Existen determinados factores aumentan la probabilidad de fallo como son:  Temperatura  Humedad  Polvo y suciedad  Tensión de alimentación Los fallos más habituales en el sistema control podemos destacar los siguientes:

 Sensores de temperatura.  Sensores ópticos. El fallo más grave en control es el fallo del PLC, un autómata encargado de control, por lo que para mitigarlo en la medida de lo posible se debe hacer: El PLC debe ser redundante. Toda la instrumentación (incluidos sensores, transmisores

y tarjetas de bus

de datos) debe tenerse en stock en la planta Revisión anual Si se realizan todas las actividades que se detallan en esta lista, en realidad se están eliminando todas las causas que provocan las averías más frecuentes. Si se compara esta lista de tareas con la lista de averías más frecuentes se puede comprobar que esta revisión está orientada a evitar todos los problemas habituales de las turbinas. La razón de la alta disponibilidad de estos equipos cuando se realiza el mantenimiento de forma rigurosa es que realmente se está actuando sobre las causas que provocan las principales averías. Analizador de vibraciones Análisis del espectro de vibración de turbina, reductor y distintas velocidades y en aceleración:

alternador, a

Se verifica así la posible ausencia de

problemas en cojinetes, el estado de la alineación y el equilibrado de los tres equipos. Es importante tener en cuenta que es mucho más adecuado realizar el análisis con los detectores de posición del eje con los van equipados las turbinas, en vez de hacerlo con sensores tipo ‘acelerómetro’ que se instalan en la carcasa. Inspección boroscópica de álabes:

Con esta tarea se comprueba el estado de

los álabes, las posibles incrustaciones que puedan haber aparecido en la superficie de éstos y defectos en algunos de ellos, por roces o impactos

Apertura de cojinetes y comprobación del estado:

Cambio de cojinetes si

procede. La mayor parte de los cojinetes pueden cambiarse o revisarse sin necesidad de abrir el turboexpansor. Esto garantiza un funcionamiento ausente de vibraciones causadas por el mal estado de los cojinetes de apoyo o empuje. Cambio de aceite, si procede (según análisis):

Si es necesario se sustituye el

aceite, pero no es habitual cambiar el aceite de forma sistemática sin haber detectado síntomas de que está en mal estado. Esta acción evita trabajar con un aceite en mal estado y garantiza la ausencia de problemas de lubricación. Cambio de filtros de aceite:

Esto garantiza el buen estado del aceite y la

filtración de partículas extrañas. Comprobación de pares de apriete de tornillos:

El apriete de los tornillos de

sujeción a la bancada y los tornillos de la carcasa, entre otros, deben ser revisado. Esto evitará, entre otros, problemas de vibraciones debidos a un deficiente anclaje. Calibración de la instrumentación:

Muchas de las señales incorrectas y

medidas falsas que provocarán un mal funcionamiento del turboexpansor pueden ser evitados con una calibración sistemática de toda la instrumentación. Comprobación de la presión del vapor de sellos:

La presión de sellos debe

estar regulada a una presión determinada, ni más ni menos. Una menor presión hará que el vapor escape al exterior, se pierda energía y se puedan provocar algunos daños (en algunos casos la contaminación del aceite, al entrar ese vapor en el cojinete, que suele estar muy cerca; en otros, puede afectar a algún sensor de medida no preparado para recibir el vapor caliente). Mala calidad del aceite:

El aceite lubricante, con el tiempo, pierde algunas de

sus propiedades por degradación de sus aditivos y se contamina con partículas metálicas y con agua. La presencia de agua, de espumas, la variabilidad de la viscosidad con la temperatura, el cambio de viscosidad en un aceite degradado suelen ser las causas que están detrás de una vibración provocada por la mala

calidad del aceite. De ellas, es la presencia de agua la más habitual, por lo que el análisis periódico del aceite, el purgado de agua y la reparación de la causa que hace que el agua entre en el circuito de lubricación son las mejores medidas preventivas . Mal estado de cojinetes:

Los cojinetes están recubiertos de una capa de

material antifricción, que es la que se pierde. Por esta razón, es necesario medir periódicamente las holguras entre eje y cojinetes, y el desplazamiento del eje, para comprobar que los cojinetes aún están en condiciones de permitir un funcionamiento correcto del turboexpansor. Estas tolerancias están indicadas siempre en el libro de operación y mantenimiento que el fabricante entrega, y es necesario respetar los intervalos de medida de estas holguras y el cambio si esta comprobación revela la existencia de un problema. El adecuado mantenimiento del sistema de lubricación contribuye de una manera innegable a alargar la vida de estos cojinetes, y de la misma forma, un mantenimiento incorrecto del aceite, sus presiones y sus caudales provocan una degradación acelerada de éstos.

7.- PRINCIPIO DE LUBRICACION La lubricación implica el simple llenado manual de los recipientes de aceite o los de grasa, o bien, la aplicación a presión de lubricante en los adiamientos, o bien, la lubricación automática de resumideros con aceituras de anillo, cadenas o mesas. No obstantes los cojinetes de alta velocidad requieren sistemas más complejos, para asegurarse de tener un abastecimiento continuo de aceite limpio. Las maquinas grandes requieren un enfriador de aceite para eliminar el calor generado en sus cojinetes; por lo común, el aceite se mantiene en un deposito y se bombea hasta el cojinete por medio de enfriadores y filtros de aceite. La temperatura del aceite se controla para mantener la viscosidad constante y la suficiente presión de aceite se conserva, con l fin de asegurar un flujo uniforme por los orificios que conducen a los cojinetes individuales. Las líneas para el aceite de retorno describen pendientes desde los cojinetes hasta el depósito, y tiene

dimensiones generosas para permitir el paso de la espuma, que se produce junto con el aceite de retorno. Los aceites de lubricación s escogen de tal modo que produzcan un mínimo de espuma y, cuando esta excesiva, se emplean aditivos antiespumantes. Los sistemas de lubricación se deben limpiar por inundación o circulación de aceite antes de iniciar la operación, y después, se deben mantener limpios para evitar daños posteriores. Los filtros de aceite se sitúan tan cerca de los cojinetes como sea posible y deben ser capaces de separar todas las partículas que sean grandes en comparación con el espesor mínimo de la capa de aceite. El subfiltrado hará que se rayen los cojinetes y esto puede causar daños más graves. El sobre filtrado representa un riesgo de taponamiento en los filtros y estos se derrumban, liberando repentinamente su contenido, o bien, detienen el paso libre del aceite. Algunas maquinas producen partículas pequeñas(es decir, partículas de carbono diesel), cuyo tamaño no es lo suficientemente grande para dañar al sistema de lubricación. No obstante, se considera buena práctica evitar su acumulación y para este fin, el microfiltro es muy eficaz y cuando se instala en una carrera lateral, no se podrán en peligro los cojinetes principales. Los peligros derivativos de los sistemas de lubricación se clasifican en varias categorías, por ejemplo, fallas del sistema de lubricación propiamente dicho, fugas de aceite, producción de vapor y acarreo y acumulación de aceite. A menos que la maquina se detenga inmediatamente, la falla en su sistema de lubricación causar daños en los cojinetes y en el eje. Para minimizar este peligro, la mayor parte de los circuitos de lubricación están provistos de controles automáticos, para detener los impulsores de manera inmediata, cuando disminuye la presión del aceite de lubricación. Las

fugas

de

aceite

representan

comúnmente

un

problema

de

mantenimiento (Para evitar que los empleados se resbalen) y, cuando se escapa de piezas calientes, constituye un grave peligro de incendio.

Casi todos los turboexpansores se lubrican con aceite para turbinas a base de hidrocarburos ligeros, baja presión, que se aplica a cada cojinete. Las maquinas de flujo radial y altas velocidad requieren, por lo común, una presión de aceite del cojinete de aproximadamente 100 lb/pulg2 manométricas. En sistemas cerrados como sucede con un compresor y un expansor que funcionan con el mismo gas, como por ejemplo, metano, helio o hidrogeno, el sistema de lubricación puede ser totalmente cerrado y cualquier fuga al sistema se acumulara y recuperara. Esto acrecenta la seguridad en caso de una falla de los sellos, debido a que toda la corriente va cerrada. Algunos sistemas de lubricación encerrados a presión operan a niveles altos del orden de 1000 lb/ pulg2 en expansores de metano. La presión del metano en el aceite de lubricación reduce su viscosidad; pero no lo hace a un grado excesivo. Los cojinetes de muñón de alta velocidad absorben 5 o 10 hp cada uno. Excepto en el caso de expansores de nitrógeno y aire a baja presión, la disposición normal de sellado para maquinas de flujo radial es utilizar sellos de cuerpos lubricantes protegidos con sellos espiraloides de márgenes reducidos, para evitar el paso del aceite lubricante al proceso. Generalmente, se acostumbra inyectar un gas sellador compatible en el punto intermedio de estos sellos de espiral, de manera que, en todo caso, será el gas de sellado y no un gas de proceso el que fugue. Esto evita también perdidas de refrigeración, o el enfriamiento o la congelación del lubricante, o bien, la posible contaminación del mismo. La lubricación reduce la fricción estática y de deslizamiento que se limita más aun utilizando superficies cuidadosamente pulidas o agregando lubricantes (como grafito, talco o saponita) .

8.- USOS Y APLICACIONES

El turboexpansor es una turbina del un solo impeler o rueda similar a una turbina de vapor. Es una máquina de libre circulación que reduce la presión y la temperatura de una corriente del gas y convierte la energía de la presión de gas en trabajo útil. El trabajo es extraído por un compresor centrífugo que es ayudado por un re-compresor que aumenta la corriente del gas después de que se hayan extraído los líquidos condensados de LGN. (Las ruedas del Expansor y del compresor están unidas por los extremos de un eje común.) Esta combinación del expansor y del compresor en una sola máquina conocida por una variedad de nombres,

con

Expander/Compressor,

ExpanderBrake-Cornpressor

y

Expander/Booster-Compressor siendo la más común. El Expander/compressor (compresor Expansor) es el corazón de la planta criogénica. El uso del turboexpansor, sin embargo, no elimina la necesidad de la válvula de expansión Joule Thompson que se usa en los sistemas convencionales de refrigeración. En un sistema turboexpansor la válvula normalmente se refiere a la válvula de bypass del expansor permite una más eficiente arranque y parada del turboexpansor.

La

válvula

también

permite

continuar

el

proceso

si

el

turboexpansor queda offline o si el caudal aumenta más allá de la capacidad de velocidad del turboexpansor. Idealmente, la válvula posee las mismas características de capacidad y caudal ya que el turboexpansor produce una transición suave entre los dispositivos El turboexpansor en un dispositivo mucho más eficiente que a válvula, haciendo un importante cierre estanco que evita la pérdida de energía.

9.- TÉCNICAS DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO El funcionamiento eficaz de los turboexpansores es importante para las industrias del mundo, pero como toda maquinaria, es necesario examinar y

mantener constantemente este equipo para producir los mejores resultados. Ofrecemos mantenimiento para mantener el equipo en buen estado de funcionamiento y reducir al mínimo las posibilidades de avería. Es normal prestar mucha importancia al mantenimiento de los equipos principales como los turboexpansores, y no preocuparse en la misma medida de todos los equipos adicionales o auxiliares, esto es un grave error, pues una simple bomba de refrigeración o un simple transmisor de presión pueden parar el proceso y ocasionar un problema tan grave como un fallo en la turbina o en el generador. Conviene, pues, prestar atención a todos aquéllos equipos capaces de provocar fallos críticos. Un buen plan de mantenimiento es el que analiza todos los fallos posibles, y ha sido diseñado para evitarlos. Eso quiere decir que para elaborar un buen plan de mantenimiento es absolutamente necesario realizar un detallado análisis de fallos de todos los sistemas que componen la planta.

10.- PLAN DE MANTENIMIENTO BASADO EN ANÁLISIS DE FALLOS (RCM) Mantenimiento Centrado en Fiabilidad, es una técnica más dentro de las posibles para elaborar un plan de mantenimiento en una central de ciclo combinado y que presenta algunas ventajas importantes sobre otras técnicas. Inicialmente fue desarrollada para el sector de aviación, donde los altos costes derivados de la sustitución sistemática de piezas amenazaban la rentabilidad de las compañías aéreas. Posteriormente fue trasladada al campo industrial, después de comprobarse los excelentes resultados que había dado en el campo aeronáutico. El objetivo fundamental de la implantación de un mantenimiento centrado en fiabilidad o RCM en una planta industrial es aumentar la disponibilidad y disminuir costes de mantenimiento. En el análisis que conduce a RCM debemos contestar seis preguntas claves:

1) ¿Cuáles son las funciones y los estándares de funcionamiento en cada sistema? 2) ¿Cómo falla cada equipo? 3) ¿Cuál es la causa de cada fallo? 4) ¿Qué consecuencias tiene cada fallo? 5) ¿Cómo puede evitarse cada fallo? 6) ¿Qué debe hacerse si no es posible evitar un fallo? El proceso atraviesa una serie de fases para el sistema (turboexpansor) en que se puede descomponer el equipo: Fase 0: Codificación y listado de todos los subsistemas, equipos que componen el sistema que se está estudiando.

y elementos

Recopilación de esquemas,

diagramas funcionales, diagramas lógicos, etc. Fase 1: Estudio detallado del funcionamiento del sistema.

Listado de

funciones del sistema en su conjunto. Listado de funciones de cada subsistema y de cada equipo significativo integrado en cada subsistema. Fase 2: Determinación de los fallos funcionales y fallos técnicos.

Nos

podremos ayudar en esta fase del histórico de averías y consultando al personal de mantenimiento y de operaciones, además de ayudarnos de diagramas lógicos y diagramas funcionales. Fase 3: Determinación de los modos de fallo o causas de cada fallos encontrados en la fase anterior. Por ejemplo alimentación es bajo puede ser por: si turboexpansor puede ser: falta

uno de los

si el nivel de agua de

se presentan vibraciones en el

de lubricación, fugas de aceite, el sistema de

control de nivel no funciona correctamente. Fase 4: Estudio de las consecuencias de cada modo de fallo. Clasificación de los fallos en críticos, importantes o tolerables en función de esas consecuencias.

Para que un fallo sea considerado

crítico debe cumplir alguna de las siguientes

condiciones: 1) Que pueda ocasionar un accidente que afecte a la seguridad o al medioambiente, y que existan ciertas posibilidades de que ocurra. 2) Que suponga una parada de planta o afecte a la potencia neta de la planta o a su rendimiento. 3) Que la reparación del fallo más los fallos que provoque éste sea superior a cierta cantidad. Fase 5: Determinación de medidas preventivas que eviten o

atenúen los

efectos de los fallos, suelen ser de 5 clases: 1) Tareas de mantenimiento, que se divide en 7 tipos. Tipo 1: Inspecciones visuales. Tipo 2: lubricación Tipo 3: Verificaciones de correcto funcionamiento realizados

con

instrumentos propios del equipo. Tipo 4: Verificaciones del correcto funcionamiento realizados

con

instrumentos externos del equipo. Tipo 5: tareas condicionales. Se realizan dependiendo del estado en que se encuentre el equipo. Tipo 6: tareas sistemáticas, realizadas cada ciertas horas de funcionamiento, o cada cierto tiempo, sin importar cómo se encuentre el equipo. Tipo 7: grandes revisiones u Overhaul, cuyo objetivo es dejar el equipo como nuevo. *2. *Mejoras y modificaciones de la instalación, que pueden ser:

Cambios en los materiales Cambios en el diseño de una pieza Instalación de sistemas de detección Cambios en el diseño de una instalación Cambios en las condiciones externas al ítem Cambios en los procedimientos de operación Cambios en los procedimientos de mantenimiento. Formación. Fase 6: Agrupación de las medidas preventivas en sus diferentes categorías: elaboración del plan de mantenimiento, lista formación y procedimientos de operación grupos pueden estar:

de mejoras, planes de

y de mantenimiento. Entre estos

1) Plan de mantenimiento.

2) Listas de mejoras. 3) Formación. 4) Lista de procedimientos de operación y mantenimiento a mejorar. Fase 7: Puesta en marcha de las medidas preventivas que se han el punto anterior y que dan como resultado los siguientes mantenimiento. 2) Lista de mejoras. 3) Plan de formación. 4) Manual de operación y mantenimiento.

puntos:

visto en 1) Plan de

BIBLIOGRAFIA

 PERRY BIBLIOTECA DEL INGENIRO QUIMICO. Quinta Edición

volumen IV.  TERMOTECNIA

BÁSICA

PARA

INGENIEROS

QUÍMICOS:

PROCESOS TERMODINÁMICOS Y MÁQUINAS. Escrito por Antonio de Lucas Martínez.

ESQUEMA

1.-TURBOEXPANSORES 2.-CARACTERÍSTICAS

DE

LOS

TURBOEXPANSORES

O

TURBINAS

RADIALES DE REACCIÓN. 3.- PROCESO DE REGRIFERACION POR EXPANSION

REFRIGERACIÓN

EXTERNA O MECÁNICA 4.-TURBINAS DE EXPANSIÓN O EXPANSIÓN CRIOGÉNICA 5.- EVALUACIÓN TERMODINAMICA 6.- ANÁLISIS DE FALLAS Y POSIBLES SOLUCIONES 7.- PRINCIPIO DE LUBRICACION 8.- USOS Y APLICACIONES 9.-TÉCNICAS DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO 10.- PLAN DE MANTENIMIENTO BASADO EN ANÁLISIS DE FALLOS (RCM)