Compresor de dióxido de carbono

El dióxido de carbono (CO₂) se utiliza ampliamente en gases industriales, pero sus propiedades únicas requieren especial atención. Es incoloro e inodoro. Debido a su temperatura crítica relativamente alta (31,03 °C) y su tendencia a reaccionar con el agua para formar ácido carbónico, la corrosión y la licuefacción deben ser consideraciones clave al seleccionar un compresor. Su densidad es mayor que la del aire (densidad relativa aproximada de 1,53), lo que provoca su acumulación en zonas bajas tras una fuga y supone un riesgo de asfixia, lo que exige un alto rendimiento de sellado del equipo. El CO₂ se utiliza ampliamente en campos como la alimentación y las bebidas, la protección de soldadura, la recuperación de petróleo, la síntesis química y el emergente sector CCUS, con presiones de llenado de cilindros comunes de 5 a 6 MPa. Por lo tanto, el proceso de compresión debe abordar simultáneamente dos desafíos técnicos importantes: la corrosión causada por el contenido de humedad y la licuefacción resultante de una refrigeración inadecuada.

COMPRESOR DE DIAFRAGMA

COMPRESOR DE PISTÓN

Ventajas del compresor de diafragma de dióxido de carbono:

01

Completamente libre de aceite y con una pureza del 100%:

La clave de un compresor de diafragma reside en el uso de un diafragma metálico que aísla completamente el gas comprimido del sistema de aceite hidráulico. El cilindro no requiere lubricación. Esto significa que, durante todo el proceso de compresión, el dióxido de carbono no entra en contacto con grasa ni neblina de aceite, eliminando prácticamente la contaminación por aceite. Para CO₂ de grado alimenticio, CO₂ de grado electrónico o CO₂ utilizado en síntesis química de alta gama, esta característica garantiza una limpieza y pureza química extremadamente altas del gas producto, cumpliendo plenamente con los estándares de aplicación más exigentes.
02

Sellado estático superior y seguridad intrínseca:

El dióxido de carbono queda completamente sellado dentro de la cavidad formada por el diafragma y la culata. Esta estructura de sellado estático garantiza, en teoría, la ausencia total de fugas. Esto no solo previene eficazmente la pérdida de gases valiosos o peligrosos, sino que también elimina por completo el riesgo de asfixia causado por la acumulación de CO₂ en zonas bajas debido a fugas. Al mismo tiempo, esta estructura evita que el CO₂ húmedo, potencialmente corrosivo, erosione los componentes de la transmisión, lo que mejora la fiabilidad operativa del equipo en condiciones adversas.

Puntos clave de diseño para compresores de diafragma de dióxido de carbono:

01

Selección rigurosa de materiales para la protección contra la corrosión:

Dado que el dióxido de carbono forma ácido carbónico al entrar en contacto con la humedad, el cual es corrosivo para el acero al carbono común, todos los componentes en contacto con CO₂ —incluidas la culata, el diafragma, las válvulas de gas y las tuberías— deben fabricarse con materiales resistentes a la corrosión. Generalmente se seleccionan aceros inoxidables austeníticos (como el 304 y el 316L), y tras la fabricación se realizan rigurosos tratamientos de desengrase, limpieza y pasivación para garantizar una resistencia a la corrosión duradera y la pureza del gas.
02

Control preciso de temperatura y presión y diseño antilicuación:

La temperatura crítica del dióxido de carbono es de 31,03 °C. Durante la compresión, si la refrigeración es insuficiente y la temperatura del gas desciende por debajo de este valor crítico mientras la presión es suficientemente alta, es muy probable que se produzca un cambio de fase a líquido. El CO₂ líquido dentro del compresor puede provocar un fenómeno fatal de "golpe de ariete líquido", dañando el diafragma y la culata. El diseño debe contemplar el cálculo y control precisos de la relación de compresión en cada etapa, así como la configuración de enfriadores entre etapas de alta eficiencia (enfriados por agua o por aire) para garantizar una reducción efectiva de la temperatura de descarga en cada etapa. Esto limita estrictamente los puntos de operación de todo el proceso de compresión a la región gaseosa del CO₂, evitando el riesgo de licuefacción.
03

Sistema mejorado de monitoreo y protección de seguridad:

Dado el elevado coeficiente de expansión del CO₂ bajo almacenamiento a alta presión (la presión de un cilindro lleno puede aumentar entre 314 y 834 kPa por cada grado Celsius de aumento de temperatura), el sistema debe integrar múltiples protecciones. Los elementos clave del diseño incluyen: la instalación de válvulas de seguridad precisas y fiables en cada etapa para evitar la sobrepresión; la incorporación de un dispositivo de detección y alarma de rotura de diafragma que pueda activar y apagar inmediatamente el compresor en caso de fallo del diafragma para evitar la mezcla de gas y aceite; y la instalación de monitores de concentración de gas en las zonas donde pueda acumularse CO₂, conectados al sistema de ventilación. El sistema de control (PLC) debe integrar funciones de monitorización en tiempo real y de parada por enclavamiento para parámetros como la presión, la temperatura y el estado del diafragma.

Certificado

SELECCIÓN DE MODELOS

Maestro

Compresor de diafragma de dióxido de carbono

Modelo G70Z/G95Z/G110Z/G130Z	Carrera del pistón 70 mm~130 mm	Fuerza máxima del pistón 10 kN~30 kN
Presión máxima de descarga 70 MPa	Rango de flujo 1~500Nm³/h	Potencia del motor 2,2 kW~30 kW
Velocidad del cigüeñal 420 rpm	Método de enfriamiento Refrigerado por agua/refrigerado por aire

Modelo G70V/G95V/G130V	Carrera del pistón 70 mm~130 mm	Fuerza máxima del pistón 10 kN~30 kN
Presión máxima de descarga 50 MPa	Rango de flujo 1~200 Nm³/h	Potencia del motor 2,2 kW~30 kW
Velocidad del cigüeñal 420 rpm	Método de enfriamiento Refrigerado por agua / Refrigerado por aire

Modelo G110L/G130L	Carrera del pistón 110 mm~130 mm	Fuerza máxima del pistón 20 kN~40 kN
Presión máxima de descarga 100 MPa	Rango de flujo 10~1000 Nm³/h	Potencia del motor 7,5 kW ~ 90 kW
Velocidad del cigüeñal 420 rpm	Método de enfriamiento Refrigerado por agua / Refrigerado por aire

Modelo G110D/G130D/G150D/ G180D/G182D/G210D	Carrera del pistón 110 mm~210 mm	Fuerza máxima del pistón 20 kN~160 kN
Presión máxima de descarga 100 MPa	Rango de flujo 30~2000 Nm³/h	Potencia del motor 22 kW~200 kW
Velocidad del cigüeñal 420 rpm	Método de enfriamiento Refrigerado por agua / Refrigerado por aire

GRAMO

Compresor de diafragma

CON

Carrera del pistón: 70 mm

Caudal (Nm³/h)

Presión de entrada (barg)

Presión de salida (barg)

No.	Modelo	agua de refrigeración	Fluir	Presión de entrada	Presión de salida	Dimensiones (largo × ancho × alto)	Peso	Potencia del motor
No.	Modelo	(L/h)	(Nm³/h)	(MPa)	(MPa)	(≈mm)	(≈kg)	(kW)
1	GZ-52/40-56	500	52	4	5.6	1200×700×1100	450	3
2	GZ-15/10-12	500	15	1	1.2	1200×700×1100	500	3
3	GZ-20/7-30	500	20	0,7	3	1200×760×1100	750	4
4	GV-60/8-60	1000	60	0,8	6	2600×1800×1700	3000	11
5	GV-500/150-200	1500	500	15	20	2600×1800×1700	3000	18.5
6	GV-160/(6-10)-75	2000	160	0,6-1	7.5	2600×1800×1700	3000	22
7	GL-20/10-150	1500	20	1	15	2200×1200×1300	3000	15
8	GL-25/5-150	1500	25	0,5	15	2200×1200×1300	3000	15
9	GL-45/5-150	2000	45	0,5	15	2600×1300×1300	3000	18.5
10	GD-40/150	4000	40	Atmosférico	15	3500×2000×1700	4000	37
11	GD-300/50-200	4000	300	5	20	3600×2300×1800	4000	45
12	GD-900/10-140	16000	900	1	14	4500×4000×2200	16000	200

Las dimensiones y el peso del equipo son solo de referencia, y el diseño final será el que prevalezca.

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ESTUDIO DE CASO

Rusia
ESTADOS UNIDOS
España
Kazajistán

Ventajas del compresor alternativo de dióxido de carbono:

01

Amplia adaptabilidad a las condiciones de funcionamiento y alta economía operativa:

Los compresores alternativos se adaptan a un amplio rango de caudales, desde decenas hasta decenas de miles de Nm³/h, y a presiones de descarga de hasta más de 20 MPa, satisfaciendo plenamente las necesidades de ingeniería para la recuperación, el aumento de presión y el transporte de CO₂ a gran escala. Su alta eficiencia volumétrica, sus excelentes indicadores de potencia específica y la larga vida útil de sus principales componentes (que superan las 6000 horas) se traducen en bajos costes de operación y mantenimiento durante todo su ciclo de vida, ofreciendo una importante rentabilidad de la inversión.
02

Tecnología madura y fiable con capacidad de regulación flexible:

Como tecnología consolidada y de eficacia probada, los compresores alternativos se caracterizan por su robustez y alta capacidad de control, lo que les permite un funcionamiento industrial continuo y estable. Ante variaciones en la presión de la fuente de gas o en la demanda posterior, pueden regular de forma flexible su capacidad mediante diversos métodos, como la regulación de la succión, la recirculación por derivación y el variador de frecuencia, logrando una respuesta rápida a los cambios en el flujo del proceso y garantizando el funcionamiento estable de todo el sistema de suministro de gas.

Puntos clave de diseño para compresores alternativos de dióxido de carbono:

01

Estrategia integral de protección contra la corrosión y mejora de materiales:

Al igual que en los compresores de diafragma, la protección contra la corrosión es una prioridad absoluta. Todos los componentes en contacto con CO₂ húmedo, incluyendo el cilindro, el pistón, las válvulas de gas, las tuberías y los depósitos de compensación, deben ser de acero inoxidable o estar revestidos con materiales anticorrosivos. Para el sistema de sellado del vástago del pistón, se deben seleccionar materiales de empaquetadura resistentes a la corrosión, y se puede diseñar un sistema de purga de nitrógeno o de sellado de compensación para evitar fugas de gas de proceso, aislar contaminantes externos y ralentizar la degradación de la empaquetadura causada por el ambiente ácido.
02

Diseño termodinámico y estructural centrado en la protección contra la licuefacción:

Es necesario realizar un cálculo termodinámico detallado basado en las propiedades físicas del CO₂. El número de etapas de compresión debe distribuirse adecuadamente y la relación de compresión de cada etapa debe controlarse rigurosamente para evitar temperaturas de descarga excesivamente altas o la entrada en la zona de licuefacción. Es fundamental reforzar la refrigeración entre etapas y la refrigeración de la etapa final. Deben seleccionarse enfriadores con un amplio margen de intercambio de calor y garantizarse un suministro adecuado de fluido refrigerante (agua o aire). Se debe instalar un separador gas-líquido de alta eficiencia y una válvula de drenaje en la tubería de entrada para eliminar por completo cualquier gota de líquido que pueda contener el gas de admisión.
03

Diseño de ingeniería de seguridad para riesgos de alta presión y asfixia:

Dadas las características de alta presión del CO₂, el sistema debe diseñarse de acuerdo con los códigos de recipientes a presión y estar equipado con al menos dos niveles de dispositivos de alivio de seguridad. Debido al riesgo de asfixia por fugas de CO₂, la sala de compresores debe contar con un sistema de ventilación forzada para garantizar una tasa de intercambio de aire adecuada. Si bien el CO₂ en sí mismo no es inflamable, todos los equipos eléctricos e instrumentación instalados en áreas peligrosas donde puedan estar presentes otros materiales combustibles deben cumplir con los requisitos de certificación a prueba de explosiones correspondientes. La pulsación de gas inherente al compresor alternativo debe suprimirse mediante tanques de amortiguación de entrada y salida y un diseño de tuberías cuidadosamente diseñados para proteger los equipos e instrumentación posteriores.

Certificado

SELECCIÓN DE MODELOS

Tipo Z

Tipo V/W

Tipo M

Tipo D

Compresor alternativo de dióxido de carbono

Carrera del pistón 80 mm, 95 mm	Fuerza del pistón 10 kN～25 kN
Fuerza 7,5 kW-55 kW	Número de bancos de cilindros 1/2
Velocidad del cigüeñal 740 rpm, 980 rpm	Número de etapas de compresión 1/2/3/4
Modo de conducción Motor eléctrico, motor diésel, motor de gas natural

Carrera del pistón 92 mm, 95 mm, 105 mm, 120 mm	Fuerza del pistón 25 kN, 45 kN, 65 kN
Número de etapas de compresión 1/2/3/4	Número de bancos de cilindros 2/3/4
Velocidad del cigüeñal 740 rpm, 980 rpm	Fuerza 15 kW-220 kW
Modo de conducción Motor eléctrico, motor diésel, motor de gas natural

Compresor de pistón de dióxido de carbono

Carrera del pistón 92 mm ~ 315 mm	Fuerza del pistón 45 kN~660 kN
Número de etapas de compresión 1/2/3/4	Número de bancos de cilindros 4
Velocidad del cigüeñal 300 rpm ~ 980 rpm	Fuerza 160 kW-3000 kW
Modo de conducción Motor eléctrico, motor diésel, motor de gas natural

Carrera del pistón 92 mm ~ 315 mm	Fuerza del pistón 25 kN~200 kN
Número de etapas de compresión 1/2/3/4	Número de bancos de cilindros 2
Velocidad del cigüeñal 300 rpm ~ 980 rpm	Fuerza 30 kW - 1000 kW
Modo de conducción Motor eléctrico, motor diésel, motor de gas natural

CON

Tipo vertical

Sin aceite / F: Refrigerado por aire

Caudal volumétrico real (m³/min)

Presión de entrada (barg)

Presión de salida (barg)

N.º de serie	Modelo	Fluir	Presión de entrada	Presión de salida	Potencia del motor
N.º de serie	Modelo	(Nm³/h)	(Mpa)	(MPa)	(kW)
1	ZW-3/2-3	480	0,2	0,3	11
2	ZW-5.5/2-6	900	0,2	0,6	45
3	ZW-2/20	110	cajero automático	2	22
4	VW-3/20	165	0	2	37
5	VW-4/20	220	0	2	45
6	VW-5/20	285	0	2	55
7	D-12.8/0.12-5	1000	0,012	0,5	90
8	DW-8.8/4 -18	2500	0,4	1.8	160
9	DW-32/0.05-3	1800	0,05	0,3	132
10	MW-5/20-50	6000	2	5	550
11	MW-30/2-8	4900	0,2	0,8	280
12	MW-11/4-20	3000	0,4	2	250