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ING ANTONIO OSPINO MARTINEZ

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CAPITULO II. EL COMPRESOR

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Tabla de contenido del capítulo CAPITULO II. EL COMPRESOR ............................................................................................................. 1 2.1.COMPRESORES ............................................................................................................................ 4 2.2. VARIACION DE LA CAPACIDAD DEL COMPRESOR CON LA VARIACION DE LA TEMPERATURA DE ASPIRACION ....................................................................................................................................... 5 2.3. COMPRESORES DE MAYOR Y MENOR CAPACIDAD QUE LAS RECOMENDADAS ............................. 6 2.4. TIPOS DE COMPRESORES DE ACUERDO A LA CONSTRUCCION O UNION MOTOR – COMPRESOR . 6 2.4.1. HERMETICOS ........................................................................................................................ 6 2.4.2. SEMI – HERMETICOS............................................................................................................. 7 2.4.3. ABIERTOS ............................................................................................................................. 7 2.5. TIPOS DE COMPRESORES DE ACUERDO AL SISTEMA DE IMPULSIÓN ............................................ 8 2.5.1. COMPRESORES ALTERNATIVOS O RECIPROCANTES .............................................................. 8 2.5.1.1. DESPLAZAMIENTO DEL PISTÓN. ....................................................................................10 2.5.1.2. RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO O EFICIENCIA VOLUMETRICA. ........................................10 2.5.1.3. VOLUMEN REAL. ...........................................................................................................10 2.5.1.4. RELACIÓN DE COMPRESIÓN: .........................................................................................11 2.5.2. COMPRESORES ROTATIVO: ..................................................................................................11 2.5.3. COMPRESOR SCROLL: ..........................................................................................................13 2.5.4. COMPRESORES DE TORNILLO: .............................................................................................14 2.5.5. COMPRESOR INVERTER .......................................................................................................15 2.5.6. COMPRESOR CENTRIFUGO ..................................................................................................15 2.6. LUBRICACIÓN COMPRESORES ....................................................................................................16 2.6.1. BARBOTEO O SALPICADURA ................................................................................................16 2.6.2. CENTRIFUGO .......................................................................................................................17 2.6.3. BOMBA DE ACEITE ...............................................................................................................17 2.7. VELOCIDAD DE ROTACIÒN DE LOS COMPRESORES .....................................................................17 2.8. PRUEBA DE ESTANQUEIDAD DE COMPRESORES .........................................................................18 2.9. ACCESORIOS COMUNES EN UN MOTOCOMPRESOR ...................................................................19 2.10. COMPRESORES DE ACUERDO A LAS TEMPERATURAS DE EVAPORACION DEL SISTEMA O PRESION DE RETORNO ......................................................................................................................19 2.11. COMPRESORES DE ACUERDO AL TIPO DE VALVULA DE EXPANSION DEL SISTEMA.....................20

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2.12. DATOS ESPECIALES DE PLACAS EN COMPRESORES ...................................................................20 2.13. SELECCIÓN COMPRESOR. .........................................................................................................20 2.13.1. METODO TECUMSEH .........................................................................................................21 2.13.2. METODO EMPIRICO ...........................................................................................................21 2.13.3. METODO POTENCIA FRIGORIFICA ......................................................................................21 2.14. RENDIMIENTO DE COMPRESORES ............................................................................................25 2.15. CAUSAS DE FALLAS MECANICAS EN COMPRESORES .................................................................29 2.16. COMO MANTENER O INCREMENTAR LA EFICIENCIA DE LOS COMPRESORES.............................30 2.17. REVISION DE UN COMPRESOR. .................................................................................................30 2.18. BATERIAS DE COMPRESORES O RACKS .....................................................................................31 2.19. FALLAS EN COMPRESORES .......................................................................................................33 2.19.1. FALTA DE LUBRICACION .....................................................................................................33 2.19.2. RECALENTAMIENTOS .........................................................................................................33 2.19.3. PROBLEMAS DE ESTANQUIEDAD .......................................................................................34 2.19.4. ATASCAMIENTO ................................................................................................................34 2.19.5. ARRANQUES INUNDADOS..................................................................................................34

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2.1.COMPRESORES La misión del compresor es la de aspirar el gas que proviene del evaporador a baja presión y transportarlo 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. En el diseño y escogencia de los compresores se debe tener en cuenta que: • 248ºF. • • • • • •

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

Fig 2.1. Proceso de compresión en diagrama TS. VER VIDEO: http://youtu.be/e0pdBuTeMDs

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2.2. VARIACION DE LA CAPACIDAD DEL COMPRESOR CON LA VARIACION DE LA TEMPERATURA DE ASPIRACION Como se vió en el ciclo básico de refrigeración, a mayor temperatura de evaporización de liquido en el evaporador, mayor será la presión vaporizante, menor el volumen especifico y por mayor densidad del gas a la entrada del compresor. Debido a lo expresado anteriormente, a cada volumen comprimido de vapor en el compresor, presenta una mayor masa de refrigerante cuando la temperatura de evaporación es mayor que cuando es menor; si agregado a esto, la temperatura de condensación permanece constante, entonces la relación de compresión disminuye y se mejora el rendimiento volumétrico. Veamos el comportamiento en un diagrama de presión entalpía

Fig 2.2. Efecto de recalentamiento en el proceso de compresión. Cuando hay un recalentamiento, bajo una misma presión, a la salida del evaporador hace que punto se desplaza a la derecha del la grafica. En este punto el vapor refrigerante entra a una mayor temperatura y con un mayor volumen especifico, lo que se traduce en una menor densidad del mismo. Esta condición afecta el rendimiento volumétrico del compresor haciéndolo decaer. Por otro lado la salida del compresor, también se corre hacia la derecha a mayor temperatura que si saliera en un proceso sin recalentamiento; mientas mas 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

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vapor refrigerante afectando el subenfriamiento a la salida del condensador y por ende el rendimiento del sistema. VER VIDEO: http://youtu.be/5fJVmPAtsF0

2.3. COMPRESORES DE MAYOR Y MENOR CAPACIDAD QUE LAS RECOMENDADAS Cuando se instala un compresor de menor capacidad que el recomendado, este mismo absorbe menos volumen de refrigerante debido a su menor cilindrada, el refrigerante en la línea de succión irá disminuyendo su velocidad con una consecuencia de un aumento de presión, este aumento de presión en la succión hace que la presión de descarga también aumente. Al aumentar las presiones de descarga, la temperatura del refrigerante a la salida del compresor aumenta y por ende también los amperajes del mismo. Para reafirmar lo anterior, desde el punto de vista de las potencias frigoríficas, el compresor más pequeño, no tendrá la capacidad de extraer el calor adquirido en el evaporador, por tanto ese calor que queda ira a incrementar las presiones y temperaturas del refrigerante a la salida del compresor Cuando se instala un compresor de mayor capacidad que el recomendado, este mismo absorbe mayor volumen de refrigerante debido a su mayor cilindrada, el refrigerante en la línea de succión ira aumentando su velocidad con una consecuencia de una disminución de presión, este disminución de presión en la succión hace que la presión de descarga también disminuya. Al disminuir las presiones de descarga, la temperatura del refrigerante a la salida del compresor disminuye y por ende también los amperajes del mismo. La eficiencia de un compresor está dada por la expresión: Eficiencia = [ trabajo isoentrópico / Trabajo Real ] * 100% Para compresores alternativos, estas eficiencias oscilan entre el 65% y el 70%.

2.4. TIPOS DE COMPRESORES DE ACUERDO A LA CONSTRUCCION O UNION MOTOR – COMPRESOR Estos se pueden clasificar en:

2.4.1. 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.

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Fig 2.3. Compresores herméticos

2.4.2. 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 Fig 2.4. Compresor semihermetico.

2.4.3. 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 poleas. Fig 2.5. Compresor abierto.

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Directo: En este tipo de accionamiento se sujeta en el eje del motor y del compresor un acoplador con los cuales unimos las dos máquinas. El acople ha de ser flexible ya que nos permite cierto grado de desviación, (1-2mm, 2º de inclinación) si este fuera rígido nos exigiría mucha exactitud. La mayoría de este tipo de compresor son de pistones al estilo motor de vehiculo, entre sus desventajas están: • • • • •

Muy pesados. Costo relativamente alto. Requiere mantenimiento cuidadoso de sus mùltiples sellos. Requiere buena alineación de su cigüeñal con el del primotor. Requieren sistemas mas complejos de lubricación.

•

Poleas: Este tipo de accionamiento permite adaptar la velocidad del motor a la del compresor.

VER VIDEO: http://youtu.be/g10RaXywxbY

2.5. TIPOS DE COMPRESORES DE ACUERDO AL SISTEMA DE IMPULSIÓN 2.5.1. 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.

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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.

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2.5.1.1. DESPLAZAMIENTO DEL PISTÓN. Es el volumen teórico que es capaz de aspirar y comprimir el cilindro del compresor.

V = ( CILINDRADA EN CC * N * RPM )*( 60/1003 ) 3

V = VOLUMEN EN MTS / HR

3

V= Volumen teórico (m /minuto). N = NUMERO PISTONES L= Carrera pistón. RPM = REVOLUCIONES DEL MOTOR N= Número de pistones. NOTA: Para compresores alternativos las RPM son de 3600 y para los de tornillo 1800

2.5.1.2. RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO O EFICIENCIA VOLUMETRICA. Es la diferencia entre el volumen real por el desplazamiento. Cuando se la compresión del gas en la cámara del pistón, siempre hay un espacio entre el mismo y la cámara o plato de válvulas, además de este espacio, está el espacio en las abertura de las válvulas de descarga, todo el gas acumulado en estos espacios, se reexpande o se vuelve a expandir cuando el pistón comienza a realizar la carrera de admisión; toda esta energía empleada para comprimir esa pequeña cantidad de gas se pierde. EFIC VOL O REND VOL = ( VOLUMEN BOMBEADO / DESPLAZAMIENTO ) * 100%

2.5.1.3. VOLUMEN REAL. Al volumen real del cilindro del compresor le afecta: Claro. Relación de compresión. Calentamiento.

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2.5.1.4. RELACIÓN DE COMPRESIÓN: Es la diferencia entre la presión de baja y la de alta, cuando mayor sea esta relación menor rendimiento volumétrico tiene el compresor y viceversa, esto debido a que a menor presión de succión, mayor temperatura y por ende mayor volumen especifico. Esta relación debe ser menor que 10 para asegurar que la instalación no quemará aceite debido a las altísimas temperaturas de descarga. RELACION COMPRESION = ( PAA / PBA ) = ( PDA / PSA )

RELACION COMPRESION

PAA = PRESION ALTA ABSOLUTA PBA = PRESION BAJA ABSOLUTA PDA = PRESION DESCARGA ABSOLUTA PSA = PRESION SUCCION ABSOLUTA EFICIENCIA VOLUMETRICA

Cuando se usan varios compresores para sistemas multietapas, la presiones intermedias vienen dadas por la expresión: ( PI / PJ ) = ( PCONDENSADOR / PEVAPORADOR )

1/N

, donde N es el numero de etapas de compresión

Para un sistema de dos etapas de compresión se tiene que: ( PCONDENSADOR / PINTERMEDIA ) = ( PINTERMEDIA / PEVAPORADOR ) PINTERMEDIA = ( PCONDENSADOR * PEVAPORADOR )

1/2

Entre las ventajas mas notorias de este tipo de compresores se tienen: • • • • •

Bajo costo. Trabajo con diferentes tipos de refrigerantes. Durabilidad. Diseño simple. Amplia gama de capacidades.

2.5.2. 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.

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Fig 2. 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.

Fig 2. 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 carcaza. 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.

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Fig 2. Proceso de compresión en un compresor rotativo. VER VIDEO: http://youtu.be/5J2kKj43F-s

2.5.3. 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 2. Compresor Scroll. Cortesia Copleland

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Fig 2. Proceso de compresio de gas en un compresor scroll.

2.5.4. 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 2. : Tornillos de un compresor de tornillo.

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Fig 2. . 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.

2.5.5. COMPRESOR INVERTER Es un compresor de corriente alterna 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%, pero a medida que va enfriando, éste rendirá menos.

2.5.6. 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 un cubierta de acero. El numero 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.

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Fig 2.. Compresor centrífugo.

2.6. LUBRICACIÓN 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.

2.6.1. 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 2.. Lubricacion con salpicadura.

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2.6.2. 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.

2.6.3. 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 2. . 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.

2.7. VELOCIDAD DE ROTACIÒN DE LOS COMPRESORES La mayoría de los compresores son movidos por motores eléctricos, estos se mueven de acuerdo al numero 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 numero 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

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2.8. PRUEBA DE ESTANQUEIDAD DE COMPRESORES La prueba de estanqueidad consiste en ver cual es la máxima presión de descarga que puede ofrecer un compresor y su sostenimiento. El procedimiento a seguir para hacer esta prueba es: • Instale un conector roscado en la tubería de descarga del compresor. Puede ser una boquilla de servicio sin gusanillo. • Instale en dicho conector la manguera de alta del juego de manómetros.

• Encienda el compresor y vigile la presión marcada en el manómetro. • Si la presión marcada antes de apagarse el compresor es superior de los 400 Psi, se considera que el compresor está en buen estado. Si es menor, esta en mal estado.

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• Verifique que la presión se mantenga por cierto tiempo, si la presión se mantiene el compresor se considera en buenas condiciones, sino, se considera que tiene problemas de estanqueidad o sellamiento. • Apague el compresor e inmediatamente abra la válvula de alta del juego de manómetros para aliviar la presión presente en la manguera de alta del mismo. • Desconecte el juego de manómetros del compresor. VER VIDEO: http://youtu.be/SNxPVii4Z0I Entre los inconvenientes que se encuentren en esta prueba están: las vibraciones en la presión de descarga, descompresión, etc. Todos estos comportamientos los puede ver en el siguiente video: VER VIDEO: http://youtu.be/hj7NFUZsYaY

2.9. ACCESORIOS COMUNES EN UN MOTOCOMPRESOR Comúnmente se encuentran en los motocompresores los siguientes aditamentos:

2.10. 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.

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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.

2.11. COMPRESORES DE ACUERDO AL TIPO DE VALVULA DE EXPANSION DEL SISTEMA 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.

2.12. DATOS ESPECIALES DE PLACAS EN COMPRESORES La placa de los compresores presenta mucha información relacionada con el comportamiento de los mismos 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 numero de fases electrica a conectar en el compresor. LRA o Id: ( Locked Rotor Ampere ) ( Amperaje de rotro bloqueado ), Sobrecorriente. Se puede interpretar como la corriente de arranque del sistema o Id. Este valor es muy útil a la hora de calcular el elemento de protección de línea como fusibles o breakers. RLA 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 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. VER VIDEO: http://youtu.be/lUhaomjlrY8

2.13. SELECCIÓN COMPRESOR. Para seleccionar un compresor debe tener en cuenta los siguientes aspectos: • • • •

Voltaje 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.

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• Capacidad frigorífica requerida en HP, WATT. Recuerde que la capacidad frigorífica de un compresor varia 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.

2.13.1. METODO TECUMSEH En la serie de compresores Tecumseh, tienen una regla aproximada para el calculo de la potencia frigorífica en HP de un compresor, que es la siguiente: PRESION DE EVAPORACION HBP - MBP LBP

POTENCIA COMERCIAL EN HP P = TR * 1 P = TR * 3

POTENCIA EN HP P = ( POTENCIA EN BTU/HR )/12000 P = ( POTENCIA EN BTU/HR )/4000

2.13.2. METODO EMPIRICO De acuerdo a la temperatura de saturación, emplee la siguiente tabla: RANGO TEMPERATURA DE EVAPORACION 10º A - 0º -1ºC A -10ºC -11ºC A -20ºC -21ºC A -30ºC -31 A -40ºC

CAPACIDAD COMERCIAL EN HP DEL COMPRESOR CAPACIDAD EN HP = 1 * CAPACIDAD EN TR DEL EVAPORADOR CAPACIDAD EN HP = 1.5 * CAPACIDAD EN TR DEL EVAPORADOR CAPACIDAD EN HP = 2 * CAPACIDAD EN TR DEL EVAPORADOR CAPACIDAD EN HP = 2.5 * CAPACIDAD EN TR DEL EVAPORADOR CAPACIDAD EN HP = 3 * CAPACIDAD EN TR DEL EVAPORADOR

2.13.3. 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 mas el que le aporta el mismo compresor por perdidas mecánicas y electricas . 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 Donde:

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Es la selección mas sencilla y precisa, pare 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 8% a la del evaporador: Potencia frigorífica compresor = 1,08 * Potencia frigorífica evaporador Además del este valor, verifique también: • • •

El flujo másico del sistema, cuyo compresor debe se capaz de mover. El caudal de refrigerante que mueve el compresor. La potencia de consumo eléctrico del motor del compresor.

VER VIDEO: http://youtu.be/jE1oN0su8L4 VER VIDEO: http://youtu.be/VZY_4Yinh3w Este calculo se hace de la siguiente forma: En primer lugar se parte de un ciclo en un diagrama Ph, con los valores de entalpía en cada uno de los puntos del mismo:

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VER VIDEO: http://youtu.be/VZY_4Yinh3w

2.14. RENDIMIENTO DE COMPRESORES Para determinar el rendimiento de un compresor, tenga en cuenta los siguientes conceptos: .1.

Desplazamiento o Cilindrada

Es una medida de la capacidad o volumen de refrigerante que un compresor puede desplazar o 3 mover, por lo general sus unidades son den CC o Ft . .2.

Flujo Volumetrico

Tiene que ver con el volumen de refrigerante que el compresor bombea o circula en el tiempo. Sus unidades comunes son: MTS3/seg o MTS3/Hr. .3.

Caballos de Fuerza ( HP ),Caballada o Potencia comercial.

Es la medida de consumo de potencia promedio del motor eléctrico que impulsa el compresor en HP, Watts o Kwatts .4.

Marco Operativo.

Es el rango de temperatura de evaporación para el cual el compresor fue diseñado para funcionar ( MBP, HBP, LBP, CBP ).

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.5.

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Potencia Frigorífica o Capacidad de enfriamiento del compresor.

Algunos lo llaman como la capacidad de retiro de calor de un compresor en BTU/Hr, Kcal/Hr o Watts. Esta capacidad debe ser mayor a la capacidad del evaporador. .6.

COP, COD o eficiencia del compresor.

Se define como la relación entre la capacidad frigorífica del compresor en BTU/Hr, Kcal/Hr o Watt y la potencia absorbida por el compresor en Watios. Se puede interpretar como la potencia consumida en watios por unidad de calor extraida en BTU/Hr, Kcal/Hr o Watt. .7.

Caudadl o Flujo Masico.

Es la cantidad de masa de refrigerante que el compresor desplaza en el tiempo. Se da en Lbm/Hr o en Kgm/Hr. Para hacer pruebas a los compresores, existen varias normatizaciones con las cuales son probados y estandarizados, entre las normas más comunes para prueba de compresores están: NORMA

ARI 520 - 90

ASHRAE

CECOMAF

EN 12900

PARAMETRO TEMPERATURA EVAPORACION EN GRADOS CENTIGRADOS TEMPERATURA CONDENSACION EN GRADOS CENTIGRADOS SUBENFRIAMIENTO EN GRADOS KELVIN RECALENTAMIENTO EN GRADOS KELVIN TEMPERATURA EVAPORACION EN GRADOS CENTIGRADOS TEMPERATURA CONDENSACION EN GRADOS CENTIGRADOS SUBENFRIAMIENTO EN GRADOS KELVIN RECALENTAMIENTO EN GRADOS KELVIN TEMPERATURA EVAPORACION EN GRADOS CENTIGRADOS TEMPERATURA CONDENSACION EN GRADOS CENTIGRADOS SUBENFRIAMIENTO EN GRADOS KELVIN RECALENTAMIENTO EN GRADOS KELVIN TEMPERATURA EVAPORACION EN GRADOS CENTIGRADOS TEMPERATURA CONDENSACION EN GRADOS CENTIGRADOS SUBENFRIAMIENTO EN GRADOS KELVIN RECALENTAMIENTO EN GRADOS KELVIN

LBP -23,3

MBP -6,7

HBP 7,2

48,9

48,9

54,4

0 27,7 -23,3

0 11,1 -6,7

8,3 11,1 7,2

54,4

54,4

54,4

22,2 55,5 -25

8,3 41,7 -10

8,3 27,8 5

55

55

55

0 57 -35

0 42 -10

0 27 5

40

45

50

0 55

0 30

0 15

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 presiones, 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.

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• El caudal o flujo másico : A menor temperatura de evaporación, menor es el flujo masico y viceversa. A mayor temperatura de condensación, menor es el flujo masico y viceversa.

• El consumo de energía del compresor también es afectado por las temperaturas de evaporación y la de condensacion, a menor temperatura de evaporación menor es la energía 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

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• El COP del compresor como una medida de la eficiencia de un 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.

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VER VIDEO: http://youtu.be/9dpI4I9ZgbY

2.15. CAUSAS DE FALLAS MECANICAS EN COMPRESORES Los compresores fallas por lo general por: • Retorno de refrigerante liquido o inundación: Este refrigerante diluye el aceite del compresor ocasionando desgaste mecánico. 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. Este refrigerante que retorna es estado líquido es capaz de desplazar el aceite o remover la película de lubricación. Cuando se analizan estas piezas, se encuentran desgastadas pero limpias como si hubiesen sido lijadas, si rastros de aceite y carboncillo. • Golpe de líquido o Atascamiento: Ocurre cuando llega tanto refrigerante liquido al compresor, que es mismo es succionado y tratado de comprimir en el cilindro, como el liquido no es comprimible, entonces ocurre la rotura de piezas como bielas, cigüeñales y las válvulas admisión y escape. Tenga presente que el golpe de liquido no es únicamente por el refrigerante, también puede suceder por exceso de aceite. • Arranques inundados: Durante el periodo de apagado del compresor, el refrigerante llega al cárter del compresor estando en contacto el uno con el otro; en este largo periodo, el refrigerante comienza a condensarse en el aceite y lo diluye el refrigerante, por diferencia de densidad, se va al fondo del carter y el aceite puro a la parte superior de esta mezcla. Cuando el compresor arranca, disminuye rápidamente la presión en el cárter, originando una reacción como especie de nube blanca o niebla constituida por liquido refrigerante y gotas de aceite, se ocasión el daño cuando esta espuma de refrigerante entra en las partes metálicas en contacto entre sí. También es muy posible que al momento del arranque, la bomba de aceite succione altas cantidades de liquido refrigerante y este mismo disuelve el aceite de las partes metálicas. Para evitar este problema, mantenga operando los calentadores del cárter, evitar la carga excesiva de refrigerante, tener un sistema de evacuación, almacenar el refrigerante en el recibidor de liquido en caso de tiempos prolongados de apagados. Esta falla se detecta porque el desgaste se presenta en las bancadas de la biela más cercana a la bomba de aceite, el resto de las bancadas presentan un daño menor a medida que se aleja de la bomba porque la cantidad de refrigerante diluido que les llega es menor.

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• Sobrecalentamiento o recalentamiento: El compresor genera tanto calor que degrada al aceite y el refrigerante, cuya descomposición generan carboncillo y ácidos. Generalmente, este carboncillo se acumula en las lenguetas de descarga del compresor y en el lado de descarga del plato de válvulas. Este problema es causado, por una mala selección del refrigerante, elevadas relaciones de compresión, elevadas temperaturas de retorno, y enfriamiento inadecuado del compresor. • Esta falla se reconoce por el desgaste presentado por el pistón, carboncillo en las válvulas de admisión y escape. En ciertos casos el carboncillo se acumula tanto en las lenguetas de succión que impiden su sello, creando un aumento en la presión de succión del compresor, por retorno de refrigerante en el proceso de compresión. El color del pistón , por lo general, cambia a un color oscuro debido a las altas temperaturas. • Falla de lubricación: La pérdida de aceite ocurra cuando el mismo retorna o no retorna al cárter tan rápido como sale y en suficientes cantidades. El pérdida puede ocasionar una falta de lubricación, pero la falta de lubricación pude tener otras causas. Debido a la falta de lubricante, las piezas comienzan a rozar entre si, causando recalentamiento y desgastes sobre todo en los agujeros de las bielas. Debido a esto, las bielas pasan de tener un color metálico a un color oscuro.

2.16. 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.

2.17. REVISION DE UN COMPRESOR. Si usted sospecha de algún inconveniente en el compresor, proceda de la siguiente forma: • Verifique que el compresor este apagado y que no lo puedan encender accidentalmente. • Verifique serial y marca de compresor. • Verifique sus capacidades eléctricas como voltaje de operación, fases, RLA, FLA, LRA. • Verifique si es de tipo HBP, MBP, HBP o CBP. • Verifique si es de tipo HST o LST. • Verifique el nivel de aceite en el compresor. • Identifique los puntos C, P y S del compresor ( monofásicos ) y L1, L2 y L3 ( trifásicos ). • Verifique el estado de sus conexiones a los puntos , C, P y S ( monofásicos ) y L1, L2 y L3 ( trifásicos ). • Mida la resistencia de las bobinas de arranque y marcha ( para compresores monofásicos ) o de las tres bobinas ( para compresores trifásicos ) y compárelos con los datos suministrados por el fabricante. • Verifique que el compresor no este aterrizado. • Verifique el buen estado de los componentes de su sistema de arranque. • Verifique la alimentación eléctrica del compresor. Para compresores trifásicos trate de verificar con un secuencímetro, la secuencia de las fases o líneas de alimentación. Ver video: https://youtu.be/D3eeUxNPcaM

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2.18. 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.

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Fig 2.. Compresores en paralelo línea alta presión.

Fig 2. Compresores en paralelo línea de succión.

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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. Ver video: https://youtu.be/8vIoabl2yd0

2.19. FALLAS EN COMPRESORES 2.19.1. FALTA DE LUBRICACION La falta de lubricación en los compresores ocurre por: • • • • • •

Falta de aceite ya sea por poco suministro o por problemas de retorno del mismo. Por mezcla de aceite con el refrigerante u otros contaminantes. Por obstrucción del filtro de aceite. Por daño de la bomba de aceite. Temperaturas muy bajas de carter. Por mezcla de aceite con el refrigerante.

2.19.2. RECALENTAMIENTOS 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 recalentamiento 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:

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ING ANTONIO OSPINO MARTINEZ • • •

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Aceite de color oscuro con carboncillo. Bobinas con color oscuro y presencia de carboncillo. Plato de válvulas con presencia de carboncillo.

2.19.3. 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.

2.19.4. ATASCAMIENTO 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.

2.19.5. 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 escoraciones de forma errática.

Este fenómeno ocurre cuando: • • •

Se tiene exceso de refrigerante en el sistema. Temperaturas del carter menores a la del evaporador. Periodos largos de apagado del compresor.

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