La aparición de grandes compresores de gas horizontales

En los inicios de la industria del gas natural, el gas se transportaba a través de tuberías cortas a pueblos y consumidores cercanos, aprovechando la presión natural de los pozos. Tras un breve periodo, esta presión natural disminuyó, por lo que se hizo necesario el uso de compresores para elevar la presión del gas a un nivel que compensara las pérdidas en la línea para su entrega al consumidor. Al principio, se trataba de compresores relativamente pequeños impulsados por vapor. El primer compresor de gas, impulsado por una máquina de vapor de 580 hp (433 kW) en 1883, proporcionaba una presión de descarga de 6 psig (0,4 bar). Avances tecnológicos como las conexiones roscadas y los acoplamientos Dresser permitieron la construcción de tuberías con presiones cada vez mayores. Las primeras estaciones de compresión utilizaban una máquina de vapor alternativa y un compresor alternativo independiente, conectados mediante una correa plana o cordones de cuerda. Los compresores eran compresores de aire adaptados, fabricados por empresas como Rand & Waring Drill and Compressor, Ingersoll-Sargeant Rock Drill, Westinghouse Machine y Laidlaw-Dunn-Gordon. Los compresores eran compresores de aire adaptados, fabricados por empresas como Rand & Waring Drill and Compressor, Ingersoll-Sargeant Rock Drill, Westinghouse Machine y Laidlaw-Dunn-Gordon. El motor de accionamiento directo y la unidad compresora aún no se habían inventado.

Compresor de gas típico accionado por motor de vapor, c.1904.

A finales de la década de 1880, ya se utilizaban algunos compresores de gas horizontales con motor de vapor integral. La figura 1 muestra un compresor de gas horizontal Bury, similar a muchos otros que se utilizaban alrededor de 1900. A medida que se descubrían nuevos yacimientos de gas en zonas remotas, alejadas de los mercados, se creó una demanda de compresores de motor de vapor de accionamiento directo cada vez más grandes. Entre los fabricantes de estas máquinas de mayor tamaño se encontraban Allis-Chalmers, Bury, C. & G. Cooper, Laidlaw-Dunn-Gordon y Westinghouse. Sin embargo, las máquinas de vapor requerían calderas que solían funcionar con carbón o leña, requerían atención constante y consumían agua, lo cual incrementaba los costos y creaba dificultades logísticas para su operación en zonas remotas.

Para la última década del siglo XIX, varias empresas ya producían pequeños motores de gas natural. Estos eran comunes en las bocas de pozo y algunos estaban reemplazando a las máquinas de vapor como impulsores de compresores accionados por correa.

La National Transit Company, fabricante de la mayor parte de la maquinaria de bombeo utilizada por su empresa matriz, Standard Oil, construyó el primer compresor horizontal de gas de gran tamaño. La enorme máquina, que se muestra en la Fig. 2, se instaló en 1899 cerca de Mt. Jewett, Pensilvania. El motor tándem doble tenía cuatro cilindros de potencia de simple efecto de 25 pulgadas (635 mm) de diámetro por 48 pulgadas (1219 mm) de carrera en un lado del cigüeñal. En el lado opuesto había un cilindro compresor de baja presión de 31 pulgadas (787 mm) de diámetro por 24 pulgadas (610 mm) de carrera y un cilindro compresor de alta presión de 15,25 pulgadas (388 mm) de diámetro por 24 pulgadas (610 mm) de carrera. National Transit identificó el motor original como de 1000 hp (746 kW), pero es dudoso que los cuatro cilindros de dos tiempos produjeran tanta potencia. Solo dos de estos motores se fabricaron en los talleres de National Transit en Oil City, Pensilvania.

Primera máquina de vapor horizontal Cooper Corliss.

La fábrica de bombas de vapor Snow de Buffalo, Nueva York, fabricó su primer compresor de gas en 1901 utilizando los planos y patrones de National Transit. Para 1902, Snow ya había desarrollado su propio compresor de gas integral horizontal de cuatro tiempos. Se construyeron dos enormes máquinas de 965 x 1524 mm (38 pulgadas de diámetro x 60 pulgadas de carrera) y 4000 hp (2983 kW) para la estación Hastings de Hope Natural Gas Company en Virginia Occidental. Años más tarde, estas máquinas gigantes se desarmaron y se convirtieron en cuatro unidades individuales. En 1904, se construyeron tres grandes compresores horizontales Snow para la estación compresora Ohio Fuel Gas en Homer, Ohio. Curiosamente, estos fueron fabricados para Snow por la compañía C. & G. Cooper en la cercana Mount Vernon, Ohio.

Algunas otras empresas entraron al mercado de los gasoductos con grandes compresores horizontales de motor de gas. Una de las que tuvo un éxito temprano fue Westinghouse, que introdujo sus primeros compresores horizontales de motor de gas integrales para la compresión de gas natural en 1905. Allis-Chalmers de Milwaukee, Wisconsin, también produjo algunos para gasoductos. Snow se mantuvo como líder inicial en el suministro de grandes compresores horizontales de motor de gas, y creció hasta convertirse en parte de Worthington Pump and Machinery Corporation en 1916.

La compañía C. & G. Cooper, fundada en 1833, era líder en la fabricación de grandes máquinas de vapor Corliss. Había construido grandes máquinas de vapor verticales y horizontales, como el ejemplo que se muestra en la Fig. 3. A principios del siglo XX, también había construido varios compresores de gas horizontales para máquinas de vapor con aplicaciones industriales. Pero Cooper se encontraba en una encrucijada. Había construido aproximadamente 15.000 máquinas de vapor a lo largo de su historia, y la demanda de motores Corliss seguía siendo sólida. Sin embargo, las turbinas de vapor, en rápido crecimiento en tamaño y eficiencia, parecían destinadas a destronar a las grandes máquinas de vapor alternativas Corliss. Al mismo tiempo, los grandes motores alimentados con gas natural estaban teniendo éxito en la floreciente industria siderúrgica y eran prometedores para la compresión de gas natural en tuberías. La compañía decidió evolucionar hacia la producción de motores alternativos de combustión interna a gas natural. Dado que nadie en la compañía estaba familiarizado con los motores de gas, se realizó un amplio estudio y Cooper decidió construir un motor que incorporara las mejores características de ingeniería de varios motores en su propio diseño. Se contrató a un ingeniero alemán, Martin A. Thiel, para dirigir el esfuerzo.

Motor-compresor de gas horizontal National Transit, 1899.

Cooper presentó su primer compresor de gas integral horizontal en 1909. La máquina de 730 hp (544 kW) y 90 rpm contaba con un cilindro de potencia horizontal de un solo tiro con doble efecto en tándem de 20 pulg. (508 mm) de diámetro x 42 pulg. (1067 mm) de carrera, y un cilindro compresor Wilson-Snyder de doble efecto opuesto del mismo diámetro y carrera. Instalada en Virginia Occidental para comprimir gas natural para la Wheeling Natural Gas Company, era una máquina compleja, y un vendedor describió su baja velocidad diciendo que su pistón "funciona hoy y regresa mañana". Sin embargo, prestó un servicio prolongado y confiable e inició la entrada de Cooper en la industria de transmisión de gasoductos, una industria que pronto dominaría durante gran parte del siglo XX. Es probable que parte de la experiencia temprana de Cooper con motores de gas fuera "heredada" de Snow Engine Works de Buffalo, Nueva York, ya que los registros muestran que Cooper había construido cuatro compresores de motor de gas de doble efecto en tándem de 22 pulgadas (559 mm) de diámetro x 48 pulgadas (1219 mm) de carrera de 920 hp (686 kW) del diseño de Snow para 1910. Ese mismo año, Cooper construyó un motor de gas de un solo tiro y doble efecto de 21 pulgadas (533 mm) de diámetro x 30 pulgadas (762) de carrera de 455 hp (339 kW) 150 rpm que impulsaba un generador de CC.