La misión del compresor es la de aspirar el gas que proviene del evaporador a baja presión y baja temperatura para después llevarlo al condensador en el mismo estado gaseoso, aumentando su presión y temperatura; simultáneamente aumenta la densidad del refrigerante mientras circula el fluido por el sistema.

Veamos su proceso:

El refrigerante en estado vapor a baja temperatura y baja presión sale del evaporador ( punto D ) y gana algo de calor en la tubería de succión donde experimenta un incremento de su temperatura, entrando al compresor( punto E ). La condición del refrigerante a la de vapor sobrecalentado

El refrigerante en estado vapor a baja temperatura y baja presión que entra al compresor ( punto E ) experimenta un proceso de compresión Isoentrópico y Adiabático, saliendo del mismo a una alta presión, alta temperatura y estado vapor en el punto A. La condición de salida del refrigerante en este punto es la de Vapor Sobre calentado y de allí sigue su camino al condensador.

En conclusión:

En el diseño y escogencia de los compresores se debe tener en cuenta que:

· La temperatura del refrigerante a la salida del compresor debe ser menor o igual de 125ºC o 248ºF.

· La temperatura del domo del compresor debe ser menor o igual de 110ºC o 230ºF.

· La temperatura de operación máxima para el embobinado del motor es de 130ºC o 266ºF.

· La cilindrada y el flujo másico o volumétrico de refrigerante.

· La capacidad frigorífica del sistema.

· La temperatura del carter debe estar entre los 40 y 70 grados Celsius.

· El diferencial de presión del sistema de lubricación debe estar entre los 20 y los 60 psig

Ver video:

PROCESO DE COMPRESION DEL CICLO DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR VISTO EN EL DIAGRAMA P VS h

1.1. VARIACION DE LA CAPACIDAD DEL COMPRESOR CON LA VARIACION DE LA TEMPERATURA DE ASPIRACION ( VARIACION DE LOS RECALENTAMIENTOS )

Fig . Efecto de recalentamiento en el proceso de compresión.

Cuando hay un recalentamiento, bajo una misma presión de succión, a la salida del evaporador hace que punto se desplaza a la derecha de la gráfica. Con el recalentamiento, el vapor refrigerante entra con una mayor temperatura y con un mayor volumen especifico, lo que se traduce en una menor densidad del mismo. Esta condición reduce el rendimiento volumétrico del compresor haciendo que el flujo másico caiga y por ende la potencia frigorífica del compresor

Por otro lado la salida del compresor, se observa a mayor temperatura de descarga que si saliera en un proceso con recalentamientos bajos; mientas más se aleje, hacia la derecha, implica una mayor temperatura de descarga del compresor , con el agravante que pueda quemar el aceite.

El otro inconveniente que se presente es que se reduce la capacidad de condensación del condensador, pues parte del mismo se dedicará a eliminar al alto calor sensible con que entra el vapor refrigerante afectando el subenfriamiento a la salida del condensador y por ende el rendimiento del sistema.

Por esta razón se recomienda trabajar con bajos recalentamientos, sugeridos por el fabricante del equipo.

1.2. VARIACION DE LA CAPACIDAD DEL COMPRESOR CON LA VARIACION DE LA PRESION DE SUCCION.

En esta condición se pueden tener varias situaciones, veamos la primera analizando el siguiente esquema:

Al tener una menor presión de succión, el refrigerante tendrá a la entrada del compresor, una menor densidad ( mayor volumen especifico ) que reduce la eficiencia volumétrica del compresor y por tanto su flujo masico, pérdida de potencia frigorífica y pérdida de eficiencia del ciclo. Por otro lado hay que anotar , que al mantener un misma presión de descarga, pero una menor presión de aspiración o succión, la relación de compresión ( RC ) se incrementa

RC 1 < RC 2

Analicemos otra consecuencia en el siguiente esquema:

Al tener una menor presión de succión, se tendrán mayores temperaturas de descarga por tener una mayor relación de compresión y pérdida de eficiencia del ciclo.

1.3. VARIACION DE LA CAPACIDAD DEL COMPRESOR CON LA VARIACION DE LA PRESION DE DESCARGA.

En esta condición se pueden tener varias situaciones, veamos la primera analizando el siguiente esquema:

Al tener una mayor presión de descarga, el refrigerante tendrá a la salida del compresor, una mayor temperatura, mayor relación de compresión que reduce la eficiencia volumétrica del compresor y por tanto su flujo masico y pérdida de eficiencia del ciclo

RC 1 < RC 2

1.4. TIPOS DE COMPRESORES DE ACUERDO CON EL MONTAJE O UNION MOTOR – COMPRESOR

Estos se pueden clasificar en:

1.4.1. HERMETICOS

Tanto el motor como el compresor están dentro de la misma carcasa y es inaccesible. Van enfocados a pequeños equipos de carga crítica. Estos equipos son los más comunes y vienen en una amplia gama de aplicaciones ya sea en sistemas domésticos y comerciales de refrigeración y climatización. Se encuentran desde 1/8 HP hasta 12 HP y pueden tener de 1 a 4 pistones, rotativos o de tornillos.

1.4.2. SEMI – HERMETICOS

Es igual que el anterior, pero es accesible, se puede reparar cada una de sus partes, en otras palabras, se diferencian tanto el motor como el compresor en si mismo. Se emplean para media y alta capacidad de refrigeración. Se encuentran desde los 2 HP hasta los 60 HP y pueden tener de uno a 8 pistones.

Además de pistones, también los hay de tornillo, con o sin bomba de aceite. Por lo general son empleados en aplicación de refrigeración y climatización de media a alta capacidad

1.4.3. ABIERTOS

Motor y compresor van separados. Son equipos de muy alta capacidad y pesados. El cigüeñal es movido por un motor externo. Se emplean para media y grandes potencias.

Este tipo de compresores se les debe acoplar un motor para hacerlo mover, ya sea de tipo eléctrico o de combustible. Al momento de su acoplamiento debe tenerse bien presente la alineación de los ejes del motor y del compresor. El accionamiento en los compresores del tipo abierto puede ser directo o por correas.

La mayoría de este tipo de compresor son de pistones al estilo motor de vehículo, entre sus desventajas están:

· Muy pesados.

· Costo relativamente alto.

· Requiere mantenimiento cuidadoso de sus múltiples sellos.

· Requiere buena alineación de su cigüeñal con el del primotor.

· Requieren sistemas más complejos de lubricación.

1.5. TIPOS DE COMPRESORES DE ACUERDO AL SISTEMA DE IMPULSIÓN

1.5.1. COMPRESORES ALTERNATIVOS O RECIPROCANTES

Su mecanismo de compresión consta de un cilindro y un embolo o pistón que se desliza en el interior del mismo. Es movido por un motor a través de una biela, que produce en el pistón un movimiento alternativo. El motor que acciona la biela por lo general es un motor eléctrico de inducción, monofásico o trifásico. Es muy similar al funcionamiento de un motor de combustión interna de dos tiempos y, debido a que es una bomba de desplazamiento positivo, es muy recomendado cuando hay volúmenes de desplazamiento reducido, altas presiones de condensación y altas rpm.

La carcaza inferior es a su vez el carter del motor, conteniendo al aceite necesario para su lubricación. Cuando el motor gira, una cazoleta situada en la parte inferior del mismo, recoge el aceite durante el giro, y por efecto de fuerza centrífuga, lo hace subir a través de un canal existente en el interior del mismo eje; este aceite sale por la parte superior del eje, rociando las diferentes partes del compresor.

El refrigerante entra al compresor a través de la tubería de succión, a una temperatura fresca, y recorre las diferentes partes internas del compresor, hasta que entra a la cámara de compresión pasando por la válvula de admisión, por lo que hace el efecto de refrigerar el compresor.

Una vez comprimido el refrigerante, sale de la cámara de compresión por la válvula de escape o descarga y pasa a otra cámara que hace el efecto de silenciador de descarga.

Fig 2.8. Proceso de compresión de gas refrigerante

A. Al bajar el pistón creamos una depresión en el interior del cilindro respecto la línea de aspiración, entonces se abre la válvula de aspiración y va entrando el gas en la cámara.

B. Al subir el pistón comprimimos el gas y abre la válvula de descarga.

No se abren las válvulas hasta que no se vence la presión del exterior, al superar la presión de admisión o de descarga. El espacio necesario entre el pistón y el plato de válvulas se llama claro, este espacio repercute negativamente al rendimiento del compresor de manera que si tenemos menos claro mayor rendimiento.

En este claro siempre se nos queda la presión de alta, de manera que el pistón ha de hacer más recorrido en el momento de la admisión. Con un compresor de igual potencia puede dar más o menos rendimiento según esta característica.

Al entrar los gases en el compresor, el cilindro está extremadamente caliente, el gas aumenta su volumen y por lo tanto entra menos gas y disminuimos su capacidad, a parte podríamos carbonizar el aceite dañando así el plato de válvulas. Las válvulas llevan un seguro que permite saltarlas en caso de que nos llegue líquido.

1.5.2. COMPRESORES ROTATIVO:

Es un compresor de tipo hermético, formado por una excéntrica que va rodando dentro de una cavidad de manera que va aspirando y comprimiendo gas a la vez.

Tiene la misma apariencia que un compresor hermético alternativo, pero a diferencia de este el rotativo es más pequeño y menos ruidoso, otra diferencia es que la presión de alta se descarga dentro de la carcasa por lo tanto está muy caliente. Tienen más rendimiento que los alternativos al carecer de tantas partes móviles. Se usan casi exclusivamente en aire acondicionado y es necesario que lleven una botella de aspiración. La botella de aspiración tiene internamente una especie de malla, cuya función es la de reducir las altas presiones de succión que le llegan al compresor.

En los compresores de paleta y rodillo, la compresión se produce por la reducción de volumen entre la carcaza y el elemento rotativo, cuyo eje no coincide con el eje de la carcasa. En estos compresores no son necesarias válvulas de admisión, ya que la pulsación de gas es mínima. En los motores rotativos es muy importante el sentido de giro, puesto que si las paletas giran en sentido contrario, el compresor no comprime y el sistema de excéntrica produciría un agarrotamiento de la cámara de compresión, el mismo cuidado hay que tener con el compresor scroll.

1.5.3. COMPRESOR SCROLL:

Está formado por dos espirales, una fija y otra móvil de manera que la móvil se va cerrando sobre la fija. La espiral móvil va aspirando el gas y lo va cerrando contra la otra espiral y lo va comprimiendo. Igual que el rotativo el scroll va comprimiendo y aspirando continuamente. Admite golpes de líquido, tiene bajo nivel sonoro y de vibraciones, no arrastra casi aceite, tiene bajo par de arranque y se utiliza generalmente en aire acondicionado. Estos compresores tienen mayor eficiencia volumétrica que los alternativos. Pueden venir de 2 HP a 15 HP para aplicaciones de baja, media y alta temperatura.

Fig . Compresor Scroll. Cortesia Copleland

Fig . Proceso de compresión de gas en un compresor scroll.

1.5.4. COMPRESORES DE TORNILLO:

Esta formados por dos tornillos que van aspirando y comprimiendo gas a la vez. de manera que el espacio entre los dos tornillos se va reduciendo y comprimiendo el gas.

Este tipo de compresores se utiliza a partir de los 300m³ de aspiración, suelen ser abiertos accionados por motores a partir de los 100-500CV. Las instalaciones para este tipo de compresores son costosas ya que requieren bastantes aparatos auxiliares. El aceite va en la parte de alta, el circuito de aceite se pone en marcha antes que el compresor para que suba la temperatura.

Fig . Compresor de tornillo. Cortesia Bitzer

El aceite se inyecta por los rodamientos, prensa y otras partes móviles. El aceite se cambia cada 3000 horas de funcionamiento, el presostato diferencial de aceite es de acción inmediata, no tiene retardo. Este tipo de compresor es el que mejor se puede regular (de forma lineal desde el 10% hasta el 100%), esta regulación se lleva a cabo con un pistón de capacidad que abre o cierra el espacio entre los dos tornillos. (El accionamiento de este pistón se lleva a cabo con el aceite). Son bastante ruidosos y aceptan retornos de líquido, la temperatura máxima de descarga son 100ºC. Funcionan las 24 horas del día y el mantenimiento más común es el cambio de rodamientos.

1.5.5. COMPRESORES DE VELOCIDAD VARIABLE VCC

Es un compresor de corriente directa con pulsos pmw, que mediante un control electrónico, regula sus revoluciones por variación de la frecuencia eléctrica y hace que se adapte a las necesidades del sistema modulando el flujo de refrigerante. Cuando el espacio a refrigerar esta a máxima carga de calor, el compresor rendirá al 100% o más con altas rpm , pero a medida que va enfriando, éste va reduciendo sus rpm .

Por consiguiente, cuando la frecuencia del compresor esté por debajo de los 60 hertz, es cuando el equipo comienza a ser eficiente comparado con los convencionales y esto se logra cuando la temperatura del recinto va disminuyendo.

En cuanto a su composición eléctrica interna, posee tres bobinas y el rotor se tienen imanes o magnetos permanentes. Por esta razón no se pueden encender con energía alterna AC.

Entre las ventajas de este tipo de compresor con respecto a un convencional ON – OFF. Se tienen:

Con relación a sus capacidades frigoríficas, eficiencia, potencia de consumo eléctrico y flujo másico, no solo están en función del tipo de refrigerante, temperaturas de evaporación y condensación, sino que también de las RPM del compresor, en la siguiente grafica podemos ver su comportamiento:

Para hacer el cambio de un compresor tipo ON – FF a un compresor tipo VCC, tenga en cuenta los siguientes pasos:

Ver video:

ANALISIS CARACTERISTICAS TECNICAS DE COMPRESORES VCC EMBRACO EN REFRIGERACION

1.5.6. COMPRESOR CENTRIFUGO

Se emplean en grandes sistemas de refrigeración, que es movido por motores grandes. Este consiste de una o varias ruedas impulsoras montadas en un eje de acero encerradas en una cubierta de acero. El número de impulsores depende de la magnitud de la presión que se desea lograr en el proceso.

Estos compresores son turbo máquinas de flujo continuo, que trasmiten la energía mecánica del motor al que están acoplados. Sus velocidades rotativas oscilan entre los 3000 y 8000 RPM.

Fig . Compresor centrífugo.

1.6. LA POTENCIA FRIGORIFICA EN LOS COMPRESORES

Es la capacidad de extracción de calor del compresor, en otras palabras, es la capacidad que tiene el compresor para mover la cantidad de energía calorífica que el refrigerante ha obtenido en el evaporador y tubería de succión y que llega a la entrada del mismo.

Se obtiene a partir de las diferencias de entalpías específicas del refrigerante a la entrada del compresor, menos la entalpía del refrigerante a la entada del evaporador, multiplicado por el flujo másico ( requerido por el sistema.

Otra forma de calcularlo, tiene que ver con la potencia frigorífica del evaporador ( capacidad de absorción de calor en el tiempo del evaporador ) suma a la potencia frigorífica de la línea de succión ( capacidad de absorción de calor en el tiempo de la línea o tubería de succión )

Por consiguiente, podemos decir:

1.51. CALCULO DE LA POTENCIA FRIGORIFICA EN LOS COMPRESORES

Existen dos formas de calcular la potencia frigorífica en los compresores; uno aproximado que tiene en cuenta la potencia frigorífica del evaporador y se multiplica por un factor, para obtener la potencia frigorífica aproximada del compresor:

Potencia Frigorífica Compresor = 1.07 * Potencia Frigorífica Evaporador

La otra forma y más exacta, es calcular las entalpías específicas del refrigerante a la entrada del evaporador y entrada del compresor, se halla el flujo másico y se usa la fórmula:

Para ello hay que realizar el ciclo básico en un programa, tal como se muestra:

Digite la información en el programa deseado:

Ahora se obtiene la información del flujo masico, así como los valores de las entalpías específicas del refrigerante a la entrada y salida del evaporador y compresor:

Ahora se aplica la fórmula:

Para comprobar, apliquemos el programa de selección de BITZER para escoger un compresor con base en los datos del sistema:

Como se puede comprobar, los valores del compresor concuerdan con los estimados en el programa y con la formula general.

Por tanto, como conclusión:

Ver video:

EL CONCEPTO DE LA POTENCIA FRIGORIFICA DE COMPRESOR EN SISTEMAS DE REFRIGERACION Y CLIMATIZACION

1.7. EFICIENCIA ISOENTROPICA Y VOLUMETRICA EN COMPRESORES

Estas eficiencias influyen mucho en la operación y rendimiento del compresor afectado parámetros de operación del mismo.

1.7.1. EFICIENCIA ISOENTROPICA

Tiene que ver con el rendimiento mecánico del compresor y sobre todo con el trabajo que se le deba hacer al refrigerante en su proceso de compresión. Para ello vamos a explicar el proceso de compresión en un diagrama de Mollier.

El trabajo de compresor inicia cando el refrigerante entra en el mismo a baja presión, baja temperatura y en estado vapor, para el caso el punto E. El trabajo ideal del compresor es ISOENTROPICO, por lo cual seguimos la línea de entropía especifica ( s ), del punto E al punto I, marcado con la trayectoria en color verde. En este caso para calcular el trabajo ideal especifico del compresor se usa la fórmula:

W_{COMPRESOR IDEAL} = ( h_{Salida Compresor Ideal} – h_{Entrada
Compresor} )

El trabajo real NO es ISOENTROPICO por tanto, su trayectoria se inclina hacia la derecha hacia un valor con mayor entropía específica, siguiendo una trayectoria en color naranja, hasta el punto R. En este caso para calcular el trabajo ideal especifico del compresor se usa la fórmula:

W_{COMPRESOR REAL} = ( h_{Salida Compresor real} – h_{Entrada
Compresor} )

Como se pude observar en el diagrama, el trabajo real es mayor y por tanto, la fórmula de la eficiencia isoentrópica está dada por la expresión:

Si la expresamos en función de las entalpías específicas:

También podemos deducir que:

Entre las consecuencias de tener bajos rendimientos isoentrópicos en un compresor, se tienen:

Muchos fabricantes, de acuerdo con las condiciones de operación expresar la eficiencia isoentrópica de su compresor.

Sin embargo, hay un procedimiento práctico para obtener este valor, y para ello proceda de la siguiente forma:

Proceda a colocar dos sensores de temperatura, uno a la entrada del compresor y otro a la salida del mismo; no olvide aislar térmicamente estos sensores.

A continuación, proceda a encender el equipo y espere a llegar a las temperaturas de diseño o mínima del mismo, en eso momento proceda a medir las presiones manométricas de succión y descarga del compresor:

Proceda a a obtener los valores de la temperatura del refrigerante a la entrada y salida del compresor, se recomienda hacer una tabla con los datos obtenidos, para el ejemplo:

Se ubica el punto de entrada del refrigerante al compresor ( IN ) en el diagrama de Mollier ( con el refrigerante del equipo ) con la presión de succión absoluta y el valor de la temperatura del refrigerante medido a la entrada del compresor:

Se determina el valor de la entalpía especifica de entrada del compresor ( h _IN ) y de la entropía especifica ( s ), con ayuda de programas o tablas:

Se ubica el punto de salida ideal o isoentrópico ( OUT _S ) del compresor en el diagrama de Mollier con la presión de descarga absoluta y el valor de la entropía específica del punto de entrada ( IN ) al compresor:

Se determina el valor de la entalpía especifica de salida ideal o isentrópica del compresor ( h _{OUT S}) con ayuda de programas o tablas:

Se ubica el punto de salida real del compresor ( OUT R ) en el diagrama de Mollier con la presión de descarga absoluta y el valor de la temperatura del refrigerante medido a la salida del compresor:

Se determina el valor de la entalpía especifica de salida real del compresor ( h _{OUT R} ) con ayuda de programas o tablas:

Obtenga el valor de la eficiencia isoentrópica con la fórmula:

EFICIENCIA ISOENTROPICA = TRABAJO COMPRESION IDEAL ( W_S ) /

TRABAJO COMPRESION REAL ( W_R )

EFICIENCIA ISOENTROPICA = ( h _{OUT S}– h _IN ) / ( h _{OUT R}– h _IN )

Reemplazando los valores:

EFICIENCIA ISOENTROPICA = ( 398,4– 366,7 ) / ( 406,8– 366,7 )

EFICIENCIA ISOENTROPICA = 0,79 = 79%

Ver video:

CALCULO PRACTICO DE LA EFICIENCIA ISOENTROPICA EN COMPRESORES DE REFRIGERACION

1.7.2. EL PROCESO DE COMPRESION Y LA EFICIENCIA VOLUMETRICA

Para entender la eficiencia volumétrica, vamos a repasar el proceso de compresión, recordemos que posee cuatro etapas:

En el proceso de ADMISION, el pistón desciende, se abre la válvula de admisión y el refrigerante en estado gaseoso comienza a ingresar hasta que el pisto llega al PMI o punto muerto inferior ( punto más cercano al cigüeñal que alcanza el pistón en su movimiento alternativo dentro del cilindro, en un compresor ).

Ahora, en el proceso de COMPRESION, se cierra la válvula de admisión y el pistón comienza a subir comenzando a comprimir el refrigerante en el cilindro:

En este mismo proceso de subida y compresión del pistón, se abre la válvula de descarga permitiendo la salida del gas refrigerante a alta presión, este proceso se denomina DESCARGA:

Aquí el pistón se sigue movimiento hasta llegar al PMS o punto muerto superior ( punto más elevado del pistón en su recorrido en el interior del cilindro ). Después de haber hecho la descarga, la válvula de descarga se cierra, pero una pequeña parte del refrigerante comprimido queda en la cámara del cilindro a alta presión, el cual ocupa un volumen que es denominado Volumen Claro o espacio muerto:

En este momento comienza la última parte, que consiste en el RE-EXPANSIÓN del refrigerante comprimido en el cilindro debido a que el pistón comienza nuevamente su descenso, entonces este vapor atrapado comienza a expandirse y, momentáneamente impide la entrada de nuevo vapor refrigerante proveniente de la succión.

A partir de este momento comienza nuevamente la admisión de gas refrigerante de la succión del sistema.

En el anterior proceso, podemos calcular las presiones, temperaturas y volúmenes a parir de las siguientes fórmulas:

1.7.3. EFICIENCIA VOLUMETRICA O RENDIMIENTO VOLUMETRICO EN COMPRESORES

Teniendo claro el proceso de compresión, ahora nos remitimos al concepto de la eficiencia volumétrica y esta expresado por la relación:

Si verificamos el siguiente diagrama:

Por tanto, también podemos expresar el rendimiento volumétrico:

De lo anterior podemos concluir que el rendimiento volumétrico, depende de la construcción del sistema de impulsión y del tipo de refrigerante, así como de la relación de compresión ( RC ).

1.8. RELACIÓN DE COMPRESION ( RC )

Antes de comenzar, recordemos la eficiencia del ciclo de refrigeración:

Ahora comparemos dos ciclos que tengan la misma presión de descarga, mismos subenfriamientos y sobrecalentamientos, pero diferentes presiones de succión:

Desde el punto de vista de los calores admitidos y trabajo de compresión de cada ciclo:

Por tanto:

Analicemos porque ocurre esto; para el caso se tiene un ciclo normal, como se observa:

Ahora vamos a dibujar un ciclo con una presión de descarga más alta, lo cual conlleva a una relación de compresión ( RC ) mayor.

A este segundo ciclo con mayor presión de descarga, le haremos ciertas comparaciones con relación al primer ciclo, y aquí encontramos las siguientes observaciones:

· El volumen de Re-expansión del ciclo 2 es mayor que el del ciclo 1:

Lo que significa que los gases en el claro ocupan mayor volumen en el cilindro, lo que reduce la entrada de vapor refrigerante en comparación con el ciclo 1.

· El volumen aspirado en el ciclo 2 es menor que el volumen aspirado en el ciclo 1, debido a la fuerte re-expansión de los vapores en el ciclo 2.

· Por lo tanto, la eficiencia volumétrica del ciclo 2 es menor que el rendimiento volumétrico en el ciclo 1.

A continuación, se va a reducir la presión de succión, manteniendo constate la presión de descarga. Partimos de las condiciones del primer ciclo:

Ahora va a comenzar el proceso de re-expansión del ciclo 2, en este caso vamos a llegar a una presión de succión menor, por tanto los gases que están en el volumen o espacio muerto o claro, van a tener la oportunidad de hacer una mayor expansión, tal como se muestra:

Ahora, se va a continuar con la admisíón de vapor, pero como hay un volumen de vapor en la cámara del cilindro, va a entra una menor cantidad de nuevo gas, comparado con el que se tendría en el ciclo 1:

Como se observa en la figura anterior, el volumen admitido en el ciclo 2 es menor que el admitido en el ciclo 1. De aquí se sigue con el proceso de compresión y posteriormente con la descarga:

En conclusión, como en las condiciones del ciclo 2, se tiene un menor volumen admitido y una mayor re-expansión, por tanto, su eficiencia volumétrica es mucho menor comparada con la eficiencia del ciclo 1.

Veamos la influencia de la relación de compresión RC en otras variables de los compresores:

Entonces el valor del RC, se convierte en información fundamental a la hora de seleccionar un refrigerante ya sea para un ciclo o sistema o para un compresor para que opera de forma óptima:

Se va a analizar el comportamiento de un compresor con RC baja y RC altas en relación a su flujo másico y COP:

Ver video:

CONCEPTO DE LA RELACION DE COMPRESION Y SU INFLUENCIA EN EL RENDIMIENTO DE COMPRESORES

https://youtu.be/XmnvXV_yMM0

1.8.2. INFLUENCIA DE LA RELACION DE COMPRESION ( RC ), EFICIENCIA VOLUMETRICA O RENDIMIENTO VOLUMETRICO EN EL CAUDAL O FLUJO MASICO EN COMPRESORES

Partiendo de la fórmula del rendimiento volumétrico y del concepto de CILINDRADA:

Recordemos el concepto del desplazamiento o volumen desplazado de compresor:

Se puede expresar el rendimiento volumétrico en función del volumen desplazado, de la siguiente forma:

Reemplazando:

si nos vamos al proceso de compresión en un diagrama de Mollier:

Recordemos que:

Por tanto, reemplazando:

Donde:

m = Flujo másico en kg/Hr

η_V = Eficiencia volumétrica del compresor

ρ : Densidad el vapor refrigerante

ν : Volumen especifico del vapor refrigerante

por tanto, podemos concluir que:

Ver videos:

EL RENDIMIENTO ISOENTROPICO Y EL RENDIMIENTO VOLUMETRICO EN COMPRESORES DE REFRIGERACION

1.8.3. VARIACIONES EN LA EFICIENCIA DE LOS COMPRESORES

Son muchos los factores que influyen o afectan la eficiencia en los compresores, a continuación, vamos a analizar los cambios en las presiones de descarga, presiones de succión, irreversibilidades, sobrecalentamientos.

Primeramente, recordemos los cambios que sufre el refrigerante en el proceso de compresión:

Ahora vamos a analizar cuando se diseñan sistemas con altas presiones de descarga. En la siguiente figura se posee el proceso con una temperatura de condensación de 45ºC, con una entrada de refrigerante de 0ºC y salida de 80ºC, para lo cual se tiene un trabajo específico de compresión w_c tal como se observa:

Si se pretende trabajar con una temperatura de condensación mayor, para este caso 55ºC, el nuevo proceso de compresión parte del mismo punto A pero termina en el punto B´, tal como se observa:

Con este nuevo punto de salida del compresor en B´, se observa un incremento en el trabajo de compresión del compresor, lo cual lo podemos verificar analizando los datos de estos ciclos:

Veamos las siguientes comparaciones de ambos ciclos:

En el cuadro anterior se puede verificar el incremento en el trabajo de compresión al incrementar o subir las temperaturas de condensación de diseño del equipo, además que se afecta el flujo másico y el COP.

Ahora vamos a analizar cuando se diseñan sistemas con bajas presiones de succión. En la siguiente figura se posee el proceso con una temperatura de condensación de 45ºC, con una entrada de refrigerante de 0ºC y salida de 80ºC, para lo cual se tiene un trabajo específico de compresión w_c tal como se observa:

Si se pretende trabajar con una temperatura de evaporación menor, para este caso -30ºC, el nuevo proceso de compresión parte del mismo punto A´ pero termina en el punto B´, tal como se observa:

Con este nuevo proceso de compresión, con inicio en el punto A´ y salida del compresor en B´, se observan incrementos en el trabajo de compresión del compresor, lo cual lo podemos verificar analizando los datos de estos ciclos:

Veamos las siguientes comparaciones de ambos ciclos:

En el cuadro anterior se puede verificar el incremento en el trabajo de compresión al reducir o disminuir las temperaturas de evaporación de diseño del equipo, además que se afecta el flujo másico y el COP del ciclo.

En el siguiente caso, vamos a analizar cuando el compresor presente irreversibilidades, como desgastes, rozamientos internos, o otros factores que reducen su eficiencia mecánica. En la siguiente figura se posee el proceso con una temperatura de condensación de 45ºC, con una entrada de refrigerante de 0ºC y salida de 80ºC, para lo cual se tiene un trabajo específico de compresión w_c tal como se observa:

Un proceso de compresión ideal, su línea o proceso es paralelo a las líneas de entropía específica que están en color azul en al diagrama, y a medida que presenta caídas de eficiencia mecánica o eléctrica, dicha línea se inclina hacia la derecha, tal como se observa:

Con este nuevo proceso de compresión, con inicio en el punto A y salida del compresor en B´, se observa un incremento en el trabajo de compresión del compresor, lo cual lo podemos verificar analizando los datos de estos ciclos:

Veamos las siguientes comparaciones de ambos ciclos:

En el cuadro anterior se puede verificar el incremento notable en el trabajo de compresión al reducir o disminuir la eficiencia isoentrópica del compresor, además que se afecta el COP del mismo.

Ahora vamos a analizar cuando se diseñan sistemas con altos sobrecalentamientos de succión. En la siguiente figura se posee el proceso con una temperatura de condensación de 45ºC, con una entrada de refrigerante de 0ºC y salida de 80ºC y un sobrecalentamiento total de 20ºC para lo cual se tiene un trabajo específico de compresión w_c tal como se observa:

Si se tiene un incremento del sobrecalentamiento, en este caso que se pasa de 20ºC a 40ºC, el nuevo proceso de compresión parte punto A´ pero termina en el punto B´, tal como se observa:

Con este nuevo proceso de compresión, con inicio en el punto A´ y salida del compresor en B´, se observa un ligero incremento en el trabajo de compresión del compresor, lo cual lo podemos verificar analizando los datos de estos ciclos:

Veamos las siguientes comparaciones de ambos ciclos:

En el cuadro anterior se puede verificar el incremento ligero en el trabajo de compresión al incrementar el sobrecalentamiento de succión del ciclo, además que se afecta el COP del mismo.

Ver video:

VARIACIONES EN LAS EFICIENCIAS DE LOS COMPRESORES VISTOS EN DIAGRAMA DE MOLLIER

1.9. LUBRICACIÓN EN COMPRESORES

El aceite de los compresores lubrica las partes móviles y cierra el espacio entre el cilindro y el pistón. El compresor bombea el aceite por toda la instalación, este circula por la parte baja de la tubería y es retornado otra vez al compresor. El aceite sólo es útil en el compresor, fuera de este es más perjudicial que beneficioso. Se emplean tres sistemas de lubricación; el barboteo, centrífugos y por bomba de aceite.

1.9.1. BARBOTEO O SALPICADURA

Hasta 4 ó 5 CV se emplea el sistema por barboteo, el cual funciona de la siguiente manera:

Dentro del nivel de aceite que existe en el compresor se introduce una de las partes móviles del compresor, como puede ser una cazoleta de la biela, un eje del cigüeñal hueco, etc. Esta parte móvil salpica o conduce el aceite hacia otras partes del compresor.

Fig Lubricacion con salpicadura.

1.9.2. CENTRIFUGO

Consiste en un cilindro acoplado al eje del motor del compresor semisumergido en el aceite depositado en el carter del mismo; al estar en funcionamiento, el aceite se adhiere al cilindro el cual después esparce el aceite por acción centrífuga.

1.9.3. BOMBA DE ACEITE

A partir de 5 CV o 5 HP, es necesario una bomba de aceite que inyecte este a una presión constante. Para ello se utiliza una bomba formada por dos piñones que es accionada por el mismo eje del cigüeñal. La bomba aspira el aceite del cárter del compresor, y lo conduce a cierta presión por un conducto a todas las partes móviles (cigüeñal, pistones, bielas) las cuales tienen un orificio por donde sale el aceite. Todos los compresores con bomba de aceite han de llevar un presostato diferencial de aceite.

Fig . Compresor con bomba de aceite. Cortesia Bitzer

La presión diferencial de trabajo ( Presión salida bomba de aceite – Presión de succión ) permisible para compresores va de 20 a 60 Psi.

NOTA: Verifique la temperatura del cárter del compresor, se recomienda que esta temperatura este entre los 40º y 70 º centígrados.

Ver video:

SISTEMAS DE LUBRICACION EN COMPRESORES DE REFRIGERACION

1.10. VELOCIDAD DE ROTACIÒN DE LOS COMPRESORES

La mayoría de los compresores son movidos por motores eléctricos, estos se mueven de acuerdo al número de polos y frecuencia de los mismos, por ejemplo a una frecuencia de 60 Hz y dos polos, la velocidad del rotor de uno de ellos es de 3500 RPM; y a una frecuencia de 50 Hz, bajo el mismo número de polos, la velocidad del rotor es de 2900 RPM.

Entonces, como resumen, la velocidad de rotación depende principalmente de la frecuencia eléctrica y el número de polos en el estator del motor eléctrico que mueve el compresor. Hay que tener e cuenta que los compresores nuevos, algunos vienen con la particularidad de trabajar a diferentes RPM, debido al empleo de variadores de frecuencia

1.11. PRUEBA DE ESTANQUEIDAD O COMPRESION EN COMPRESORES

La prueba de estanqueidad consiste en ver cuál es la máxima presión de descarga que puede ofrecer un compresor y su sostenimiento. El procedimiento a seguir para hacer esta prueba es:

· Tenga en cuenta los siguientes valores de presión de prueba en descarga al cual debe llegar el compresor de acuerdo con el refrigerante del compresor

REFRIGERANTE	PRESION FINAL DE DESCARGA
R-134a	350 a 400 Psig
R-600A	200 a 250 Psig
R-22	400 a 500 Psig
R-410A	600 a 800 Psig

· Con el compresor apagado, y verificando que la manguera roja soporte la presión de prueba ( para el caso 400 Psig ), conecte la misma del juego de manómetros en el puerto de descarga del compresor.

· Encienda el compresor y verifique el comportamiento del indicador de presión en el manómetro de alta presión, debe tener un movimiento continuo sin vibraciones hasta llegar a la presión final de prueba. Al llegar al valor de la presión de prueba, apague al compresor.

· Si el compresor está en buen estado, observará que la presión en el manómetro de alta presión se mantiene o tiene una muy lenta reducción del valor de presión.

· En los compresores en regular a mal estado la presión comienza a descender de forma lenta o rápida

Puede realizar una prueba de succión, para confirmar el resultado:

· Con el compresor apagado, conectar la manguera azul al puerto de servicio del compresor, asegúrese que el tubo de succión del compresor este sellado y el tubo de descarga este libre.

· Encienda el compresor y verifique el nivel de vacío que alcanza el mismo en el manómetro de baja presión, debe llegar a los 29 InHg en forma continua y sin vibraciones. Al llegar a este nivel de vacío, apague el compresor.

· Si el compresor está en buen estado, observará que la presión en el manómetro de baja presión se mantiene o tiene un muy lento incremento del valor de presión.

· En los compresores en regular a mal estado la presión comienza a subir de forma lenta o rápida.

Ver video:

PRUEBA DE COMPRESION O ESTANQUEIDAD DE COMPRESORES DE REFRIGERACION

1.12. ACCESORIOS COMUNES EN UN COMPRESOR DE REFRIGERACION

Comúnmente se encuentran en los motocompresores los siguientes aditamentos:

1.13. COMPRESORES DE ACUERDO A LAS TEMPERATURAS DE EVAPORACION DEL SISTEMA O PRESION DE RETORNO

Esta designación tiene que ver con las temperaturas de evaporación a las que trabaja el compresor, se conocen cuatro tipos de trabajo en cuanto a temperatura de evaporación:

LBP ( LOW BACK PRESSURE ) ( BAJA PRESION DE EVAPORACION, SUCCION O RETORNO ): Cuando la temperatura de evaporación del refrigerante esta entre los -35ºC y los – 5 ºC. Se emplean generalmente en equipos de congelación y neveras.

MBP ( MEDIUM BACK PRESURE ) ( MEDIA PRESION DE EVAPORACION, SUCCION O RETORNO ): Cuando la temperatura de evaporación del refrigerante esta entre -20ºC y 0ºC. Se emplean en equipos como neveras, exhibidoras, bebederos de agua

HBP ( HIGH BACK PRESSURE ) ( ALTA PRESION DE EVAPORACION, SUCION O RETORNO ) : Cuando la temperatura de evaporación del refrigerante esta entre -5ºC y los 15ºC . Se emplean generalmente en botelleros y acondicionadores de aire.

CBP ( COMERCIAL BACK PRESSURE ) ( PRESION COMERCIAL DE EVAPORACION, SUCCION O RETORNO ) : Cuando la temperatura de evaporación del refrigerante esta entre -20ºC y 10ºC. Son equipos que se pueden emplear como MBP y HBP.

AC: Para aplicaciones de aire acondicionado. Su rango de temperatura de evaporación está entre los 0 y los 15 grados Celsius.

1.14. COMPRESORES DE ACUERDO AL TIPO DE VALVULA DE EXPANSION DEL SISTEMA O TORQUE DE ARRANQUE

LST: Low Starting Torque. Bajo torque de arranque. Cuando el sistema posee un capilar como válvula de expansión. Por lo general, este tipo de compresores no requieren capacitores de arranque y se diseñan para arrancar cuando las presiones de alta y baja se han estabilizado

HST: High Starting Torque. Alto torque de arranque. Cuando el sistema posee una válvula de expansión termostática como válvula de expansión.

1.15. DATOS ELECTRICOS Y OTROS ESPECIALES DE PLACAS EN COMPRESORES

La placa de los compresores presenta mucha información relacionada con el comportamiento de estos que puede servir a la hora de instalarlos y hacer el procedimiento de carga; aunque no todas las marcas los usan, es recomendable conocerlos.

X PH: X número de fases eléctrica a conectar en el compresor. Podemos tener 1 PH para equipos monofásicos y 3 PH para equipos trifásicos.

LRA, START CURRENT o Id: ( Locked Rotor Ampere ) ( Amperaje de rotor bloqueado ). Se interpreta como la corriente de arranque del compresor. Este valor es muy útil a la hora de calcular el elemento de protección de línea como fusibles o breakers.

Después que ha arrancado:

RLA, RATED CURRENT o In: ( Rated Load Ampere ) ( amperaje nominal a plena carga ) Corriente de marcha o trabajo o In. Es un valor empleando como referencia para el cálculo de los alambres o cables que alimentan al compresor y también para el cálculo del elemento de protección de línea.

FLA, MAX CURRENT o Im: ( Full Load Ampere ). Corriente a máxima carga o corriente de sobrecarga o Im. Con este valor se ajusta el dial del rele térmico.

Estos valores se encuentran en la placa del compresor:

O en la ficha técnica del mismo:

Ver video:

GENERALIDADES DE LAS CORRIENTES RLA, FLA Y LRA EN COMPRESORES DE REFRIGERACION Y CLIMATIZACION

1.16. SELECCIÓN COMPRESOR.

Para seleccionar un compresor debe tener en cuenta los siguientes aspectos:

· Tensión y frecuencia de la red eléctrica.

· Tipo de aplicación, LBP, MBP o HBP.

· El tipo de refrigerante a emplear.

· Temperatura mínima de trabajo.

· Temperaturas de condensación y evaporación.

· Presiones de succión y descarga.

· Relación de compresión.

· Capacidad frigorífica requerida en HP, WATT. Recuerde que la capacidad frigorífica de un compresor varía dependiendo de la temperatura del gas en la succión, a menor temperatura, menor rendimiento.

· Tipo de elemento de control de flujo o de expansión ( capilar o válvula de expansión ). De acuerdo a este parámetro los compresores pueden ser de tipo LST o HST.

· Tipo de enfriamiento del compresor. Puede ser forzado o natural.

· Cilindrada del compresor.

· Flujo másico requerido por el sistema.

· Caudal de refrigerante que es capaz de mover el compresor.

1.16.1. METODO POTENCIA FRIGORIFICA

Este es el método de cálculo de compresores más usados. El concepto de la potencia frigorífica de un compresor tiene que ver con la capacidad de extracción de calor del mismo, para ello, hay que tener en cuenta, el calor que adquiere el evaporador en el recinto, el que adquiere el refrigerante en el recalentamiento inútil más el que le aporta el mismo compresor por perdidas mecánicas y eléctricas. Se puede decir que:

Potencia frigorífica compresor > = Potencia frigorífica evaporador + Calor ganado en el recalentamiento inútil + calor aportado por pedidas mecánicas y electicas del compresor

Es la selección más sencilla y precisa, para ello solo se requiere saber la potencia frigorífica del evaporador ya sea en Watts, KWatts o BTU/HR. Entonces la potencia frigorífica del compresor bajo las mismas condiciones es igual o ligeramente superior a la del evaporador. Podemos decir como medida de precaución que la capacidad frigorífica del compresor es superior en un 6% a un 8% a la del evaporador: La fórmula queda:

Potencia frigorífica compresor = 1,07 * Potencia frigorífica evaporador

Además del este valor, verifique también:

· El flujo másico del sistema, cuyo compresor debe ser capaz de mover.

· El caudal de refrigerante que mueve el compresor.

· La potencia de consumo eléctrico del motor del compresor.

· La cilindrada del compresor

· Volumen desplazado del compresor.

Para ello veamos el siguiente ejemplo donde se va a seleccionar un compresor con base en los siguientes datos del sistema que se va a diseñar:

Por el cálculo de la fórmula dada anteriormente se tiene que:

Potencia Frigorífica Compresor = 1.07 * Potencia Frigorifica Evaporador

Reemplazando los valores:

Potencia frigorífica compresor = 1.07 * 3 Kwatt = 3,21 Kwatt

Ahora, usando programas para el cálculo de ciclos, vamos a encontrar el valor exacto no solo de la potencia frigorífica del compresor sino también un dato muy importante como es el flujo o caudal másico que debe mover el compresor.

Para comenzar recomiendo hacer un diagrama de Mollier previo con todos los datos del sistema, tal como se observa:

Ahora vamos a trabajar con los programas, para este primer caso usaremos el Cooltool, cuyos datos son iguales al Coolpack; verifiquemos algunos parámetros del programa:

PARAMETRO	SIGNIFICADO
T_E	Temperatura de evaporación
T_C	Temperatura de condensación
ΔT_SH	Recalentamiento útil
ΔT_SC	Subenfriamiento total
ΔT_{SH, SL}	Recalentamiento ambiental
ΔP_SL	Caída de presión en la línea de succión
ΔP_DL	Caída de presión en la línea de descarga
_E	Potencia frigorífica del evaporador
_C	Potencia calorífica del condensador
	Potencia consumo del compresor
_S	Flujo volumétrico o volumen desplazado
	Flujo másico del sistema
f_g	Factor de calor en compresores
T₈	Temperatura entrada compresor

Ahora nos vamos al programa para digitar la información:

En el mismo programa veamos los resultados del ciclo:

A continuación, se determina el valor de la potencia frigorífica del compresor:

A continuación, usaremos el programa Genetron Properties para calcular el mismo ciclo:

Vemos los resultados:

Para el cálculo de la potencia frigorífica:

Ahora se va a los programas de compresores para seleccionar uno de ellos; para ello se necesita los datos que se tomaron en cuenta para el cálculo del ciclo del sistema, sino también el flujo masico del sistema que se calculó, tipo de compresor, aplicación del compresor y variables eléctricas:

En la figura anterior se estuvo buscando un compresor con capacidad o potencia frigorífica igual o mayor a los 3,1|8 kW, pero al no encontrarse, se selecciona uno de lata capacidad que se le acerque.

Ahora se verifica si el flujo o caudal másico del compresor es igual o mayor que el que necesita el sistema ( 78,6 kg/Hr ), así como tras propiedades del compresor:

Para tener una alta eficiencia del sistema, tenga en cuenta:

• No diseñe sistemas con altas temperaturas de condensación.

• Mantenga las temperaturas de evaporación y condensación los más cerca posibles sin afectar las condiciones del recinto.

• Mantenga un buen subenfriamiento en el sistema usando intercambiadores de calor.

• Ajuste las válvulas de expansión para mantener los recalentamientos de evaporador bajos.

• Mantenga los aislamientos de la tubería de succión para mantener los recalentamientos ambientales bajos.

• Mantenga limpios los condensadores y evaporadores.

• Mantenga en buen estado los ventiladores del sistema.

• Seleccione compresores con altos valores de COP.

Ver video:

SELECCION DE COMPRESORES DE REFRIGERACION CON BASE EN EL VALOR DE SU POTENCIA FRIGORIFICA

La otra forma de selección más sencilla es usando los programas de selección que ofrecen los fabricantes en internet.

Ver videos:

SELECCIÓN DE COMPRESORES DANFOSS

SELECCIÓN DE COMPRESORES BITZER

SELECCIÓN DE COMPRESORES EMBRACO

SELECCIÓN DE COMPRESORES TECUMSEH

SELECCIÓN DE COMPRESORES COPELAND

SELECCIÓN COMPRESORES DORIN

SELECCIÓN COMPRESORES FRASCOLD

SELECCION DE COMPRESORES TECUMSEH CON APLICATIVO PARA MOVIL TECUMSEH TEC TOOLS

SELECCION COMPRESORES EMBRACO POR MEDIO DE APLICATIVO MOVIL EMBRACO TOOLBOX

1.17. VARIACIONES EN EL RENDIMIENTO DE COMPRESORES

Para hacer pruebas a los compresores, existen varias normalizaciones con las cuales son probados y estandarizados, entre las normas más comunes para prueba de compresores están:

Son mucho los factores que afectan el rendimiento del compresor, entre ellos: la relación de presiones entre alta y baja, la temperatura de evaporación, la temperatura de condensación, los recalentamientos, los subenfriamientos, etc.

· La relación de compresión, ya se vió que, a mayor relación de compresión, el sistema exige un mayor trabajo del compresor, incrementado el consumo eléctrico del mismo, disminuyendo el COP del sistema y del compresor.

· El caudal o flujo másico: A menor temperatura de evaporación, menor es el flujo másico y viceversa. A mayor temperatura de condensación, menor es el flujo másico y viceversa. Recordemos que el flujo másico representa la cantidad de masa de refrigerante que es capaz de mover el compresor en el tiempo.

· El consumo de potencia eléctrica del compresor también es afectado por las temperaturas de evaporación y la de condensación, a menor temperatura de evaporación menor es la potencia consumida, esto debido a que el volumen especifico del gas aumenta, teniendo el gas refrigerante menor densidad y por tanto menor trabajo es requerido por el mismo. A mayor temperatura de condensación, el consumo de aumenta debido al incremento en el diferencial de presiones.

· El COP del compresor como una medida de la eficiencia de un compresor, y es la relación entre su capacidad frigorífica o de enfriamiento y el consumo eléctrico del compresor; es afectado por los cambios en la temperatura de evaporación, a menor temperatura de evaporación, menor es el COP del compresor y a mayor temperatura de evaporación, mayor es el COP del compresor. A mayor temperatura de condensación menor es el COP y viceversa, esto debido a que, a mayor temperatura de condensación, mayor es el consumo eléctrico del compresor.

· La potencia frigorífica es afectada por la temperatura de evaporación y condensacion, que a menor temperatura de evaporación menor temperatura menor es el rendimiento frigorífico y viceversa. A mayor temperatura de condensación, menor es la potencia frigorífica del equipo y viceversa.

En resumen, se tiene que:

Ver video:

VARIABLES EN COMPRESORES DE REFRIGERACION QUE INFLUYEN EN SU SELECCION Y RENDIMIENTO

1.18. COMO MANTENER O INCREMENTAR LA EFICIENCIA DE LOS COMPRESORES

· Mantener bajas las presiones de descarga y por ende la temperatura de condensación.

· Mantener altas las presiones de succión y por ende la temperatura de evaporación.

· Incrementar el subenfriamiento del sistema.

· Mantener los recalentamientos del sistema en sus valores mas bajos.

· Mantener refrigerados los compresores.

1.19. CRITERIOS A TENER EN CUENTA PARA LA SELECCIÓN DE UN COMPRESOR

Hay que tener en cuenta los criterios de tipo mecánico y criterios de tipo eléctrico.

Entre los criterios de tipo eléctrico a tener en cuenta, verifique que en el sitio se disponga de las condiciones eléctricas requeridas por el compresor como:

Entre los criterios de tipo mecánicos a tener en cuenta están:

· El mecanismo de compresión del compresor:

· El montaje del motor eléctrico y el mecanismo de compresión:

· El tipo de válvula o elemento de expansión del sistema:

· Las presiones de retorno o succión del sistema:

· El tipo de refrigerante y la relación de compresión del sistema:

· El valor de los sobrecalentamientos y subenfriamientos del sistema:

· Se necesitan de tres datos principales para su selección.

· Trate de que el compresor trabaje en la parte central del diagrama de límites de operación del mismo:

Ver video:

CRITERIOS GENERALES A TENER EN CUENTA EN LA SELECCION DE COMPRESORES PARA EQUIPOS DE REFRIGERACION

1.20. COMO REEMPLAZAR UN COMPRESOR DE UN SISTEMA POR OTRO DE MARCA DIFERENTE.

1.20.1. CALCULO EXTENSO

Para hacer este procedimiento, se debe tener a la mano la siguiente información del sistema:

· Tipo de refrigerante.

· Presiones de descarga y succión.

· Subenfriamiento del sistema.

· Recalentamientos del sistema.

Del compresor del sistema se necesita la siguiente información:

· Marca, modelo y serial del compresor.

· Variables eléctricas del compresor, como voltajes de operación, corrientes, frecuencia eléctrica.

· Tipo de impulsión del compresor.

· Definir si es de tipo LBP. MBP o HBP, así como LST o HST.

Con la información anterior, y con el software de selección del compresor, se buscan los siguientes datos del compresor instalado:

· Potencia frigorífica del compresor bajo las condiciones de diseño y medidas.

· COP del compresor.

· Flujo másico del compresor.

· Potencia de consumo eléctrica.

Ahora, empleando los programas de otros fabricantes y con los datos de operación del sistema, y la potencia frigorífica del compresor instalado, se busca otro que de igual o mejores prestaciones que el instalado en lo relacionado a su potencia frigorífica, COP, y flujo másico.

Ver video:

COMO SELECCIONAR COMPRESORES

DE REEMPLAZO EN OTRAS MARCAS

1.20.2. USANDO LA OPCION DE REFERENCIA CRUZADA EN PROGRAMAS DE ANDROID O PC DE LOS FABRICANTES.

Algunos programas traen esta utilidad en la cual digitando el modelo y marca del compresor , nos salen los posibles reemplazos en la marca del software que estamos usando. Es la forma más rápida y práctica de selección de un compresor en otras arcas que nos reemplacen al dañado.

Ver videos:

COMO SELECCIONAR COMPRESORES DE REEMPLAZO CON LA APP DE TECUMSEH CON LA OPCION DE REFERENCIA CRUZADA

COMO SELECCIONAR COMPRESORES DE REEMPLAZO CON LA APP DE EMBRACO POR OPCION DE REFERENCIA CRUZADA

1.21. UNIDADES CONDENSADORAS

Son equipos donde están en un solo paquete el compresor y el condensador, con otros accesorios como separadores de aceite, recibidores o tanques de líquido, acumuladores de succión, etc. Dependiendo de la capacidad hay varios arreglos de unidades condensadoras:

Sistemas de baja a media potencia:

Entre los esquemas de conexión y accesorios se tiene:

Entre los sistemas de conexión y accesorios se tienen:

Sistemas de media a alta potencia:

Entre los sistemas de conexión y accesorios se tienen:

Ver video:

GENERALIDADES DE UNIDADES CONDENSADORAS EN REFRIGERACION Y CLIMATIZACION

Para seleccionar una unidad condensadora, es similar al proceso de selección de un compresor debe tener en cuenta los siguientes aspectos:

· Tensión y frecuencia de la red eléctrica.

· Tipo de aplicación, LBP, MBP o HBP.

· El tipo de refrigerante a emplear.

· Temperatura mínima de trabajo o de evaporación.

· Temperatura del ambiente.

· Tipo de elemento de control de flujo o de expansión ( capilar o válvula de expansión ). De acuerdo con este parámetro los compresores pueden ser de tipo LST o HST.

· Cilindrada del compresor de la unidad condensadora.

· Flujo másico requerido por el sistema.

· Caudal de refrigerante que es capaz de mover el compresor.

Ver videos:

SELECCIÓN DE UNIDADES CONDENSADORAS BITZER

SELECCIÓN DE UNIDADES CONDENSADORAS TECUMSEH

SELECCIÓN DE UNIDADES CONDENSADORAS DANFOSS

SELECCION DE UNIDADES CONDENSADORAS FRASCOLD

1.21.1. SELECCIÓN DE UNIDADES CONDENSADORAS.

La selección de unidades condensadoras es muy similar al proceso de selección de compresores; para ello tenemos el método de la fórmula general:

Potencia Frigorífica Unid Condensadora = 1.07 * Potencia Frigorífica Evaporador

O calculando la potencia frigorífica con el diagrama del ciclo en Mollier, para ello, se va a seleccionar una unidad condensadora para un sistema con las siguientes características:

Si usamos la fórmula general, se tiene que:

Potencia Frigorífica Unid Condensadora = 1.07 * Potencia Frigorífica Evaporador

Reemplazando los valores:

Potencia frigorífica Unid Condensadora = 1.07 * 3 Kwatt = 3,21 Kwatt

A continuación, se va a calcular la potencia frigorífica requerida por la unidad condensadora, e un diagrama de Mollier, para ello digitamos la información en un programa de cálculo:

Ahora veamos los resultados:

De la figura anterior se obtiene que la potencia frigorífica del evaporador es Qe = 3 Kwatt, potencia calorífica condensador de 4,2 KW,el flujo másico de 0,02135 kg/seg o 76,8 Kg/Hr y la potencia mecánica del compresor de 1,2 Kw y el COP de 2,49.

A continuación, se determina el valor de las entalpías específicas a la entrada del evaporador y entrada del compresor, tal como se muestra:

Se calcula el valor de la potencia frigorífica requerida por el compresor, con la fórmula:

POTENCIA FRIGORIFICA UNID COND = FLUJO MASICO ( h_{refrigerante entrada compresor} - h_{refrigerante entrada evaporador} )

Reemplazando los valores:

POTENCIA FRIGORIFICA UNID COND = 0,02135 Kg/Seg * (405,4 – 256,38 ) kJ/Kg

POTENCIA FRIGORIFICA UNID COND = 3,18 KWatt

Para seleccionar una unidad condensadora, se requiera la siguiente información:

· Capacidad frigorífica.

· Tipo de refrigerante.

· Temperatura de evaporacion.

· Temperatura del ambiente o sitio.

· Temperatura del refrigerante a la entrada del compresor.

· Recalentamiento útil

· Recalentamiento adicional.

· Subenfriamiento de condensador.

· Subenfriamiento adicional.

Cuando se seleccione, hay que verificar que su flujo masico sea igual o mayor al requerido, lo mismo que su potencia frigorífica, veamos los siguientes ejemplos en varias marcas o fabricantes:

Ver video:

SELECCION DE UNIDADES CONDENSADORAS A PARTIR DE SU POTENCIA FRIGORIFICA EN EQUIPOS DE REFRIGERACION

1.22. BATERIAS DE COMPRESORES O RACKS

Se emplea la operación de compresores conectados en paralelo cuando si empleando un solo compresor, se requieren manejar grandes volúmenes de refrigerantes o cuando la carga de refrigeración es muy variable. En estos sistemas es muy importante la distribución del lubricante de forma que ninguno de ellos se quede sin el preciado aceite ni otro se inunde con el preciado aceite.

En cuanto al tipo de compresores que se pueden conectar en paralelo o tamden están arreglos de:

Compresores alternativos

Compresores de tornillo

Compresores scrolls

Cuando se tienen estas configuraciones en paralelo de compresores tenga en cuenta que:

· Los compresores sean de las mismas características técnicas en lo referido a potencia frigorífica, tubos de conexión, variables eléctricas, etc. Pero también se pueden emplear compresores de diferentes capacidades.

· La potencia frigorífica del conjunto de compresores es la suma de las potencias frigoríficas de todos los compresores del conjunto.

· El flujo de refrigerante es la suma de los flujos de todos los compresores del conjunto.

· Cada compresor tiene a la entrada de cada compresor válvulas solenoides.

· Se suele ubicar en las descargas de cada compresor una válvula unidireccional o cheque para evitar que la presión de los demás compresores afecte su encendido.

· Lo ideal de este sistema es que los compresores del conjunto trabajen al mismo tiempo. Si en operación se desconectan uno o varios compresores del sistema, la presión de succión se incrementa y por ende las temperaturas de los recintos refrigerados.

En cuanto a componentes varias de acuerdo a los diseños y funciones; desde el punto de vista del sistema de lubricación del sistema se tiene:

Ver videos:

GENERALIDADES DE LOS RACKS DE COMPRESORES

COMPONENTES Y MONTAJE DE ACCESORIOS DE UN RACK EN 3D

SISTEMAS DE LUBRICACION PARA RACKS DE COMPRESORES

1.23. MOTIVOS DE FALLAS MECANICAS EN COMPRESORES

1.23.1. PROBLEMAS DE LUBRICACION

Antes de entrar en detalle, recordemos las funciones del lubricante en el compresor:

• Protección de las superficies de las piezas metálicas contra corrosión.

• Prevenir el recalentamiento de estas.

• Prevenir el desgaste de los materiales.

• Mejorar la estanqueidad o sellamiento de válvulas, pistones y otras piezas.

• Reducir el ruido generado por partes móviles dentro del compresor.

• Reducir el consumo energético del compresor

Por otro lado, la viscosidad del lubricante es muy importante y varia con la temperatura tal como se observa:

Del grafico anterior se concluye que:

· A una misma temperatura, a mayor grado ISO del lubricante, mayor es su viscosidad.

· El lubricante que posee un grado ISO definido, a mayor temperatura, menor es su viscosidad y viceversa.

Los problemas de lubricación los podemos resumir en dos factores:

La falla de lubricación se manifiesta en los componentes por rayaduras en las superficies y calentamiento de las superficies, tal como se muestra:

Entre las causas que producen la falla de lubricación tenemos:

1. El aceite no alcanza a llegar a las superficies a proteger por bajo nivel de aceite en cárter, obstrucción de filtros de aceite, obstrucción de galerías y problemas mecánicos de la bomba de lubricación.

2. El aceite no alcanza a llegar a las superficies a proteger por bajo nivel de aceite en cárter debido a una mala posición del compresor que dificulte el bombeo o distribución del aceite.

3. El aceite si alcanza a llega a las superficies a proteger, pero se mezcla con el refrigerante que llega en estado líquido al cárter del compresor que es posteriormente movido por la bomba. El refrigerante desplaza al aceite provocando el roce entre las piezas metálicas del compresor

4. El aceite si alcanza a llegar a las superficies a proteger, pero se daña o afecta por el calor excesivo reduciendo su viscosidad y formando partículas de carbón en casos extremos. Las altas temperaturas de descarga se deben a los altos sobrecalentamientos del equipo, altas presiones de descarga, etc.

5. El aceite si alcanza a llegar a las superficies a proteger, pero no posee la viscosidad adecuada a las condiciones de trabajo del compresor. Sucede cuando se pone a trabajar un compresor a condiciones de temperatura diferentes a las que fue diseñado con afectación de la viscosidad del aceite.

Entre las causas de originan la falta o pérdida de aceite podemos mencionar:

Analicemos los factores que afectan el retorno de aceite al compresor:

Ver video:

PROBLEMAS DE LUBRICACION EN COMPRESORES DE REFRIGERACION Y CLIMATIZACION

1.23.2. SOBRECALENTAMIENTOS

Tiene como consecuencias:

· Altas temperaturas de descarga.

· Afectación del lubricante.

· Rayadoras en los pistones del compresor.

· Obstrucción de bomba de aceite por partículas de metal.

Este sobrecalentamiento se debe a:

· No seleccionar el refrigerante adecuado.

· Altas relaciones de compresión.

· Altas temperaturas de retorno.

· Mala refrigeración del compresor.

· Evaporadores de baja capacidad.

· Tuberías de succión sin aislamiento.

Un compresor con problemas de recalentamiento, tiene:

· Aceite de color oscuro con carboncillo.

· Bobinas con color oscuro y presencia de carboncillo.

· Plato de válvulas con presencia de carboncillo.

1.23.3. PROBLEMAS DE ESTANQUIEDAD

Los problemas de estanqueidad en compresores se deben a:

· Desgaste de las válvulas de succión y/o descarga del compresor.

· Desgaste o rayaduras en los cilindros, anillos y pistones del compresor.

Entre sus consecuencias están:

· Poco efecto de enfriamiento del sistema.

· Reducción de la presión de descarga.

· Aumento en la presión de succión.

· En compresores semiherméticos, afecta el retorno de aceite al cárter del mismo.

1.23.4. ATASCAMIENTO POR GOLPES DE LIQUIDO

Ocurre cuando el liquido refrigerante llega hasta los pistones y en su proceso, rompe las válvulas de descarga del mismo. Esta entrada de liquido refrigerante se debe a:

· Arranques inundados.

· Exceso de refrigerante en el sistema.

· Bajos recalentamientos del sistema.

· Mal ajuste de válvulas.

· Evaporadores obstruidos.

· Ventiladores de evaporador en mal estado.

1.23.5. ARRANQUES INUNDADOS

Este fenómeno ocurre cuando el refrigerante presente en las tuberías de succión e incluso del evaporador, migra en forma de vapor hacia el compresor donde se diluye con el aceite del mismo condensándose. Debido a diferencia de densidades, el refrigerante condensado va hacia el fondo del cárter y el aceite hacia arriba del mismo.

Al momento del arranque del compresor y como se disminuye drásticamente la presión en el Carter, parte del refrigerante condensado en el aceite se evapora en el mismo, creando una niebla, y la otra parte es seccionada y bombeada hacia los pistones, casquetes etc.

Debido a ello, no hay la suficiente lubricación en estas partes produciendo desgaste o escoriaciones de forma errática.

Este fenómeno ocurre cuando:

· Se tiene exceso de refrigerante en el sistema.

· Temperaturas del cárter menores a la del evaporador.

· Periodos largos de apagado del compresor.

Ver video:

QUE ES EL ARRANQUE INUNDADO EN COMPRESORES Y COMO REDUCIRLO

1.23.6. RETORNO DE REFRIGERANTE LIQUIDO O INUNDACION

El refrigerante diluye el aceite del compresor ocasionando desgaste mecánico, debido a que al momento de hacer el aceite la lubricación, el refrigerante desplaza al aceite haciendo que menos aceite llegue a las partes, teniendo problemas de lubricación. Este retorno puede ser causado por cargas bajas en el evaporador, sobrecarga de refrigerante, mal ajuste de la válvula de expansión, baja transferencia de calor en el evaporador, etc. Cuando se analizan estas piezas, se encuentran desgastadas pero limpias como si hubiesen sido lijadas, si rastros de aceite y carboncillo.

1.23.7. MALA LIMPIEZA DEL SISTEMA

Origina presencia de barros en el sistema, acidez en el lubricante, las partículas sólidas crean desgaste de piezas metálicas, obstrucción de conductos de lubricación, etc.

1.24. PROCEDIMIENTO ANTE QUEMA DE COMPRESOR

PRIMER PASO: Se realiza la recuperación del refrigerante contaminado en taques para su posterior disposición.

· Ponga la opción de operación del equipo en Manual, active las solenoides del equipo y abra todas las válvulas manuales de bola que estén cerradas

· Proceda a recuperar el refrigerante contaminado en un taque dispuesto para ello

SEGUNDO PASO: Se extraen filtros y el compresor del sistema, con respecto al compresor, se le extrae el aceite contaminado para su posterior tratamiento.

TERCER PASO: Se realiza barrido con nitrógeno en tuberías y el resto de los accesorios del sistema

CUARTO PASO: Si la reglamentación ambiental del país lo permite, puede usar sustancias líquidas desengrasante que no degraden la capa de ozono , para una posterior limpieza de tuberías y accesorios del sistema.

QUINTO PASO: Si se requiere, coloque puertos para medir la presión en la entrada y salida de los filtros de líquido y succión.

SEXTO PASO: Coloque primeramente el nuevo compresor en el sistema, después los nuevos filtros. Seleccione un filtro de líquido sobredimensionado, comparado con el original ( con caída de presión menor de 1 Psig y mayor capacidad de absorción de humedad), coloque nuevo filtro de aceite y en especial un filtro de succión o antiácido de alta eficiencia ( con caída de presión menor de 0,25 Psig )

SEPTIMO PASO: Instale medidores de presión en las entradas y salidas de los filtros de liquido y succión o antiacidos para mayor comodidad de monitoreo.

OCTAVO PASO: Verifique fugas en el sistema, realice el triple vacío, para después ejecutar la carga con nuevo refrigerante.

NOVENO PASO: Ponga a operar el equipo y al cabo de 1 y 6 horas de operación verifique la caída de presión ( diferencia de presion entre la entrada del filtro y salida del mismo ) en los filtros de líquido y succión del Sistema.

DECIMO PASO: Cambie todos los filtros ( líquido y succión ) al cabo de máximo 24 horas de operacion. Recolecte una muestra de aceite del compresor, y si presenta acidez, ejecute tambien un cambio de aceite del compresor.

UNDECIMO PASO: Al cabo de 10 dias de operación, verifique nuevamente las caidas de presión en los filtros ( líquido y succión ) y ejecute un análisis de acidez del aceite. Realice cambio de filtros y de aceite si lo ameritan, hasta que el aceite quede limpio sin acidez.

Ver video:

COMO PROCEDER ANTE LA QUEMA DE UN COMPRESOR EN UN SISTEMA DE REFRIGERACION O CLIMATIZACION

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sábado, 3 de febrero de 2024

MODULO DE COMPRESORES Y UNIDADES CONDENSADORAS

1.1. VARIACION DE LA CAPACIDAD DEL COMPRESOR CON LA VARIACION DE LA TEMPERATURA DE ASPIRACION ( VARIACION DE LOS RECALENTAMIENTOS )

1.5.5. COMPRESORES DE VELOCIDAD VARIABLE VCC

1.12. ACCESORIOS COMUNES EN UN COMPRESOR DE REFRIGERACION

1.14. COMPRESORES DE ACUERDO AL TIPO DE VALVULA DE EXPANSION DEL SISTEMA O TORQUE DE ARRANQUE

1.19. CRITERIOS A TENER EN CUENTA PARA LA SELECCIÓN DE UN COMPRESOR

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