Ejemplo: Aplicaciones del diagrama de fases en una planta compresora
*Heilyn L. González A.
*Ingeniero Químico; Magister Scientiarum en Ingeniería de Gas; Doctora en Ciencias de la Educación;
Consultora en Ingeniería de Gas y Petróleo.
E-mail: heilyn.gonzalez@gmail.com Código Orcid.org/0000-0002-8744-6050
El diagrama de fases también se puede emplear para evitar fallas en los compresores, trabajando con muestras de gas que alimentan dichas plantas.
Un ejemplo como el que se analiza en la figura 1, corresponde al modelo que debe ser, donde las condiciones de entrada y salida del gas a la planta se ubican lejos del diagrama de fases, con pocas posibilidades que la succión se produzca dentro de la envolvente; no obstante, hemos encontrado situaciones en las cuales el gas tomado como ejemplo para hacer el diseño es muy seco con respecto al que se emplea en el momento en que se arranca la planta. En ese caso se condensan líquidos dentro de la unidad y se destruye el compresor.
Figura 1. Diagrama de fases de un gas de entrada a un compresor. Fuente: González (2010).
El análisis que se lleva a cabo con la figura 2, ilustra los parámetros representativos de un sistema de compresión en dos etapas. Obsérvese los valores de presión y temperatura representativos de las etapas de compresión. El punto (1-2) simboliza la compresión en la primera etapa, y la sección (2-3) el enfriamiento, después de la primera etapa, con la subsiguiente generación de condensados. Se aprecia con mayor claridad el proceso de compresión de la segunda etapa (3-4) y el enfriamiento de los fluidos, indicado en dos porciones: la sección (4-4') donde el fluido se enfría hasta 180 °F y un descenso subsiguiente hasta 120°F. Aquí se puede apreciar el espacio donde se genera la condensación de líquidos que, a su vez, se debe pasar por un intercambiador de calor para retirar los líquidos posteriormente, utilizando un separador, equipos que forman parte constitutiva de la planta de compresión.
Figura 2. Diagrama de fases del gas de alimentación. Etapas de compresión, ampliado. Fuente: González (2010).
Generación de líquidos en un proceso de expansión
La aplicación subsiguiente se refiere a un caso donde el cliente que recibe el gas lo expande y, tal vez sin darse cuenta, genera condensados que terminan dañando los catalizadores de una planta siderúrgica. La importancia de este ejemplo radica en la necesidad de fijar con absoluta claridad las condiciones del gas en el punto donde se le entrega al usuario. Pudiera ocurrir que la empresa que suministra el combustible lo entrega en estado gaseoso y los líquidos se generen - dentro de las instalaciones - por efectos de la expansión. En la figura 3 se presentan las condiciones a las cuales se entrega el gas (650 lpcm y 90°F) y las etapas posteriores de expansión (350 - 280 lpcm) y una etapa final que coloca el gas a 220 lpcm y 64,3°F.
Figura 3. Gas de entrada al separador F-3, gas pesado y gas de contrato superpuestos. Expansión por etapas. Fuente: González (2010).
En la figura anterior (12), se analiza el proceso de expansión. Se observan tres envolventes: la más pequeña, con un cricondentérmico de 0°F, debería ser el gas que de ordinario se le entregue al cliente. Es evidente que si ésta fuera la composición no habría posibilidad de generar condensados en el sistema. Las otras dos envolventes, con un punto de rocío máximo de 80-90°F, se corresponden con el gas que, al expandirlo, produce los líquidos que dañan los catalizadores. En la sección expandida (ver figura 4), se observa cómo se penetra la zona bifásica al imponer los valores de presión y temperatura que genera la expansión.
Figura 4. Gas de entrada al separador F-3 y gas pesado superpuestos. Expansión por etapas, ampliado.
Fuente: González (2010).
El aprendizaje de este caso nos indica que, de haberse analizado con cierta frecuencia el comportamiento de los fluidos que llegan a la planta no se habrían dañado los catalizadores, cuyo impacto económico es muy alto.
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