Una de las decisiones más importantes de una planta es la
decisión del tren de compresores centrífugos. Como parte de un programa de
optimización de trenes de compresores, cada componente del tren de compresores
debe ser examinado para encontrar la forma de conseguir la eficiencia más alta,
disminuir los costes, simplificar el mantenimiento y mejorar la fiabilidad.
En las unidades de compresor muy grandes se usan
controladores de la turbina de gas, especialmente en áreas remotas y donde el
combustible es barato. Las turbinas de gas son muy populares en estaciones de
tuberías remotas, unidades offshore, grandes trenes de gas natural licuado y
grandes unidades de compresión para varias plantas de gas o petroquímicas. Las
turbinas de gas permiten capacidades de arranque intermedias si es necesario.
Esta es una característica única y ofrece grandes ventajas en aplicaciones
tales como las tuberías de gas donde se esperan variaciones en la demanda y se
requieren respuestas temporales. Las turbinas de gas son relativamente caras y
en algunos casos han demostrado costes de mantenimiento relativamente más
altos.
Los motores eléctricos son menos caros que otros impulsores,
tales como las turbinas de gas o vapor.
Son eficientes y también requieren un mantenimiento reducido comparado
con otros impulsores. Todo esto contribuye a la disminución de los costes
operacionales e incrementan la fiabilidad y disponibilidad del compresor. Desde
el punto de vista de las emisiones, producen muy bajas emisiones de ruido y sin
emisiones contaminantes. Los motores eléctricos se han usado cada vez más en
los últimos años por la disponibilidad de los variadores de frecuencia variable
de alta potencia. Los variadores de frecuencia variable permiten un control de
potencia muy dinámico.
Las turbinas de vapor pueden fácilmente acelerarse para
acoplarse al compresor. Las turbinas de vapor tienen la capacidad de operar en
un amplio rango de velocidad, que es ideal para el compresor centrífugo. Buenos
ejemplos incluyen algunas unidades petroquímicas tales como las plantas de urea
y metanol o algunas unidades de refinería en las que el vapor generado en una
gran escala se usa como parte de un proceso o para un uso específico. Para una
turbina de vapor impulsando un tren de compresores centrífugos, la
configuración de tipo mezzanine es común. Los condensadores de vapor, así como inter-
y aftercooler y otros auxiliares, se localizan debajo del suelo de operación
del tren.
Consideraciones
de impulsión del motor
Los motores eléctricos paso a paso y los variadores de
frecuencia están incrementando su uso pero en motores con potencias de 80 MW la
industria es aún reacia a probar estas tecnologías.
Motores de
inducción
Los variadores de frecuencia para motores de inducción son
generalmente unidades versátiles que pueden también usarse para motores
síncronos. Los variadores para motores de inducción usualmente se basan en
pulse width modulation (PWM) y usan la última generación de la tecnología de
alta potencia insulated-gate bipolar-transistor (IGBT) press packs. En
combinación con los motores de inducción, estos convertidores realzan el
rendimiento del compresor en términos de eficiencia, facilidad de
mantenimiento, bajos niveles de ruido y vibración. No hay necesidad de filtros
de armónicos porque estos convertidores se han diseñado específicamente para
eliminar las corrientes de armónicos más poderosas. Estudios sobre armónicos en
estas unidades han demostrado que la distorsión de armónicos total es inferior
al 2 % en cada punto de operación.
Los variadores de frecuencia diseñados para motores de
inducción son usualmente convertidores de frecuencia de voltaje medio del tipo
inversor de fuente de voltaje (VSI) conectado al cuadro de control de alto
voltaje a través de transformadores. El motor de inducción es alimentado por
uno o más convertidores de acuerdo a la potencia en una configuración
redundante.
Motores
síncronos
Los variadores para motores síncronos se basan usualmente en
la tecnología de inversor de carga conmutada (LCI) y la tecnología de
tiristores. El sistema se hace a medida para impulsar motores síncronos con
potencias por encima de 10 MW y prácticamente sin límite. Los límites pueden
estar en torno a los 100 MW.
La load commutated inverter (LCI) technology de los
variadores de frecuencia de los motores síncronos permite encender y apagar el
transistor a alta velocidad y proporcionar una protección muy rápida, incluso
con altos niveles de sobrecarga de corriente. Con la tecnología de tiristores,
el control puede solamente encender el tiristor, y la corriente en el tiristor
tiene que caer a cero para apagar el tiristor. Otra diferencia importante entre
los dos sistemas es que el variador de frecuencia en el motor de inducción
permite controlar el sistema hasta 300 Hz, correspondiendo a una velocidad
nominal de los motores eléctricos de dos polos de alrededor de 18.000 rpm.
Los motores de inducción de velocidad variable están
disponibles para impulsar compresores de alta velocidad. La posibilidad de
operar estas máquinas eléctricas a alta velocidad permite acoplamiento a los
compresores centrífugos sin la necesidad de una caja de engranajes.
Bibliografía:
Optimize compressor configurations for hydrocarbon applications. Hidrocarbon
processing. September 2011.
Palabras clave:
voltage source inverter (VSI), load commutated inverter (LCI) technology
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