martes, 27 de diciembre de 2011

Compresor en los Sistemas de Refrigeración


COMPRESOR EN LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

En nuestro caso los compresores son parte importantísima de muchos sistemas de refrigeración y se encuentran en cada refrigerador casero, y en infinidad de sistemas de aire acondicionado.

El compresor es el elemento del circuito frigorífico encargado de comprimir el fluido que circula por el mismo, gracias a la energía mecánica desarrollada por un motor accionado generalmente por la energía eléctrica. La potencia del compresor antiguamente se expresaba en caballos de vapor (CV), aunque actualmente se mide en watios (W) o en julios por segundo (J / s) y también en kilocalorías por hora (kcal / hora), pudiendo relacionarse estas unidades de la siguiente forma:

- 1 julio / segundo = 1 watio
- 1.000 watios = 1 kilowatio (kW)
- 1 kcal / hora = 1,163 watios
- 1 C.V. = 75 kg m = 0,736 kW

Los compresores frigoríficos pueden clasificarse de acuerdo con dos criterios, el primero de índole constructivo en compresores de pistones, también llamados alternativos, o los compresores rotativos, dentro de los cuales se encuentran los de paletas, los de dos tornillos, y los de un tornillo. El segundo criterio responde a su  hermeticidad respecto de posibles fugas del fluido frigorífico, existiendo los compresores herméticos, los semiherméticos, y los abiertos.

Los compresores herméticos, también llamados cerrados, son máquinas donde el motor y el compresor están encerrados herméticamente dentro de una carcasa generalmente metálica, que impide cualquier posible fuga hacia el exterior del fluido frigorífico. Sin embargo estos compresores presentan una serie de inconvenientes, restringiendo su uso a máquinas frigoríficas de pequeña potencia, no superior a los 30 kW, donde la carcasa nunca supera los 500 mm de diámetro. Se utilizan principalmente para la refrigeración doméstica y comercial de pequeña potencia.

- Refrigeración deficiente del motor.
- Dificultades de mantenimiento y reparaciones.
- Recalentamiento del fluido frigorígeno y contaminación por residuos del quemado del devanado de motor.
- Imposibilidad del uso de amoníaco como fluido refrigerante por la presencia de cobre del motor.

Los compresores abiertos y semiherméticos están formados por dos conjuntos, donde la carcasa del motor se une a la del compresor por medio de una junta atornillada, o bien consiste en una carcasa monobloque  que contienen ambos elementos, con tapas en los extremos y culatas desmontables, pudiendo situarse el estator del motor eléctrico en el exterior de la carcasa para evitar el contacto de los devanados de cobre con el fluido frigorígeno. Este tipo de compresores no presentan los inconvenientes señalados para los herméticos, pero las fugas de fluido refrigerante pueden llegar a ser importantes. Se utilizan para la refrigeración industrial de mayor potencia.

COMPRESORES DE PISTONES O ALTERNATIVOS

Esta máquinas está compuestas por uno o varios pistones que se mueven alternativamente dentro de los correspondientes cilindros, llevando en su cabeza una válvula de admisión y otra de escape, consiguiendo de este modo comprimir el gas refrigerante procedente del evaporador y con destino al condensador. En la presión / volumen del la fase de compresión reduce el volumen y aumenta la presión, permaneciendo ambas válvulas cerradas, seguida de la descarga del gas comprimido a través de la válvula de escape que permanece abierta. Invirtiendo el movimiento el pistón con ambas válvulas cerradas, se produce un vacío, para abrirse la válvula de admisión y permitir una nueva entrada de gas refrigerante en el cilindro, para iniciarse de nuevo el ciclo de trabajo.

El pistón en su punto más alto siempre deja un espacio entre la culata y él mismo, que puede ser del 3 a 8 % de la máxima capacidad en su punto más bajo para compresores grandes, y del 5 a 15 % en los de pequeño tamaño.

La regulación de capacidad de un compresor de pistones, que permite regular el caudal de fluido que circula por el circuito frigorífico se puede hacer por los siguientes métodos:

- Inutilizando uno o varios cilindros por apertura total de sus válvulas.
- Variando la velocidad del motor, entre una gama de velocidades desde 500 a 600 r.p.m. como mínimo, hasta una velocidad máxima de 2.900 r.p.m.
- En pequeños compresores se puede introducir en la cámara de compresión parte del fluido comprimido, o bien inyectando vapor recalentado directamente en el evaporador.

Cuando la relación de compresión es elevada, entonces la compresión se debe realizar en dos escalonamientos o etapas, haciéndose por medio de dos compresores, uno de baja presión (precompresor o “booster”) y otro de alta presión, o bien asignado a determinados cilindros de un solo compresor la primera y segunda compresión. Para evitar en estos sistemas un exceso de temperatura en la descarga, se inyecta entre ambos compresores parte del fluido enfriado procedente del condensador, o bien el enfriamiento se realiza colocando un refrigerador intermedio abierto o de expansión.

COMPRESORES ROTATIVOS

Los compresores rotativos son máquinas que aspiran y comprimen el fluido refrigerante de una manera continua, siendo preferentemente utilizados respecto a los alternativos, cuando se precisan grandes potencias de refrigeración, presentando las siguientes ventajas:

- Construcción sencilla y pequeño tamaño. Bancadas de apoyo más ligeras.
- Máquinas más seguras y de bajo coste de mantenimiento cada 20.000 a 40.000 horas.
- Descarga del fluido en continuo, con capacidad de regulación de hasta el 10 %.
- Obtención de bajas temperaturas en la descarga y posibilidad de trabajar con economizador.

Los compresores de paletas consisten en un rotor de paletas que gira excéntricamente dentro de un cuerpo cilíndrico, siendo muy poco utilizados por el bajo valor de compresión que producen, así como por la fragilidad de las paletas, que exige un mantenimiento bastante frecuente.

Los compresores de doble tornillo están construidos por una carcasa que contiene dos tornillos o rotores que giran en sentido contrario, uno principal o rotor macho generalmente con 4 lóbulos, y el otro secundario o rotor hembra de perfil conjugado con el anterior y de 6 acanaladuras, siendo posible encontrar otras combinaciones, tales como: 3–4, 6–8, y 5–7. El fluido penetra a través de una lumbrera de admisión, hasta que llena el espacio entre el canal de un tornillo y el lóbulo del otro, que al girar ambos se comprime saliendo por la parte contraria por una lumbrera de descarga. La regulación de la capacidad del compresor se hace por una corredera de regulación situada en la zona de descarga, que reduce la salida de gas y lo hace retornar hacia la admisión. Estos compresores no llevan válvulas, cerrándose el espacio entre los dos tornillos por una abundante inyección de aceite, que además contribuye a refrigerar el fluido frigorígeno, consiguiéndose una temperatura de descarga baja, pero precisando la instalación de un dispositivo separador de aceite y un radiador o refrigerador del mismo.

El rendimiento del ciclo de refrigeración puede mejorarse por el subenfriado del fluido refrigerante, que puede conseguirse haciendo retornar al compresor parte de éste una vez condensado y antes de entrar en el evaporador, por medio de un enfriador intermedio de tipo abierto, o bien por un intercambiador de calor intermedio, llegando a aumentar de este modo la capacidad de un compresor en un 10 a 30 %.

Los compresores monotornillo están construidos por un tornillo que gira entre dos estrellas o coronas dentadas situadas a ambos lados del mismo, actuado los dientes de las estrellas como los pistones de un compresor alternativo. El control de capacidad se consigue por medio de una anillo deslizante que contiene el tronillo y permite el retorno del gas comprimido hacia la admisión.

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