1. Compresor alternativo o de pistón
Los compresores de pistón tienen una gama de potencias muy amplia y se utilizan principalmente en refrigeración en aplicaciones de pequeña y mediana potencia. Están formados básicamente por un cilindro, con válvulas de aspiración y descarga, dentro del cual se desliza el pistón arriba y abajo, gracias al sistema biela-manivela el cual transforma el movimiento rotatorio proporcionado por un motor eléctrico, en un movimiento alternativo o vaivén.
Fig. 1: Partes elementales de un compresor alternativo
En cuanto a las formas constructivas de los compresores alternativos en lo que se refiere al número de cilindros, se suele disponer de compresores alternativos herméticos de 1, 2 o 4 cilindros y en el caso de los semiherméticos de 2, 3, 4, 6 y 8 cilindros
Fig. 2: Distintas formas constructivas de los compresores alternativos
Para el sector de ultracongelación extrema se han creado compresores a pistón de dos etapas de compresión, evitando así temperaturas de servicio extremas y consiguiendo un funcionamiento fiable. La relación de cilindros que trabajan en la parte baja y los que lo hacen en alta, definirán la temperatura de la etapa intermedia. La relación idónea es de 3:1, es decir, 6 cilindros en baja y 2 en alta. También se suele usar la de 2:1, si bien los límites de aplicación son más estrictos.
Fig. 3: Compresor 2 etapas (Bitzer)
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1.1 Funcionamiento del compresor alternativo
Supongamos que el pistón se encuentra en la parte más alta del cilindro, según se aprecia en la figura 4. Las válvulas de aspiración y descarga se encuentran cerradas (punto d en el gráfico presión – volumen). El pistón comenzará la carrera descendente en el interior del cilindro, disminuyendo la presión hasta alcanzar el punto a (ver figura 5). En este instante, la depresión generada en el interior del cilindro hace que la válvula de aspiración abra, momento en el cual comienza a llenarse de gas el cilindro, proceso que continua hasta que el pistón alcance su posición más baja en el interior del cilindro, punto b en la figura 6.
Fig. 4: Etapa (d-a) REEXPANSION
Fig. 5: Etapa (a-b) ASPIRACIÓN
Fig. 6: Etapa (b-c) COMPRESION
Fig. 7: Etapa (c-d) DESCARGA
A partir del punto b en la grafica de la figura 6, comienza la carrera ascendente del pistón y se inicia la compresión del gas, momento en el cual se cierra la válvula de aspiración.
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El proceso de compresión del gas continúa hasta alcanzar el punto c de la figura 7; en ese momento la presión en el interior del cilindro ha superado a la presión de la línea de descarga y la válvula de descarga se abre, saliendo el gas del cilindro, hasta que el pistón alcanza el punto superior de la carrera (punto a). En el cilindro sólo quedará el gas existente en el espacio muerto, que es el espacio comprendido entre la cabeza del pistón y el plato de válvulas, que debe ser lo menor posible para no penalizar el rendimiento del compresor. A partir de aquí se repite nuevamente el proceso descrito.
1.2 Componentes básicos de un compresor alternativo
Los elementos básicos de un compresor alternativo y su funcionamiento son:
CIGUEÑAL O EXCÉNTRICA. Es el eje rotativo accionado por el motor, su forma excéntrica provocará el movimiento alternativo del émbolo a través del mecanismo biela-manivela. Por lo tanto convierte el movimiento giratorio del motor en movimiento alternativo del pistón. Está formado por dos piezas: la biela y la manivela. BIELA, PISTON Y SEGMENTOS. La biela es la encarga de unir el cigüeñal con el pistón, que es el elemento que se desplaza arriba y abajo en el cilindro para realizar la compresión y aspiración. El ajuste entre el pistón y el cilindro debe ser lo más preciso posible y para lograrlo se emplean dos segmentos. A la estanqueidad entre el pistón y el cilindro también colabora la película creada por el aceite de lubricación.
Fig. 8: Detalle del Pistón, Segmentos y biela
Fig. 9: Eje cigüeñal de 2 cilindros
CILINDRO. Cuerpo de forma cilíndrica por el que se desplaza el émbolo o pistón. En comprensores pequeños el cilindro y el carter pueden formar una sola pieza. CÁRTER. Espacio o recipiente donde se mueve el cigüeñal y las bielas. Contiene el aceite de lubricación. VÁLVULAS. Son automáticas ya que su apertura o cierre se realiza por la diferencia de presión existente a ambos lados de sus caras. La apertura de la válvula de aspiración, como hemos visto, es provocada por la depresión creada en el cilindro en la carrera descendente del émbolo y la apertura de la válvula de descarga por la sobrepresión creada en el cilindro durante la carrera ascendente. Por tanto, deben ser una inercia pequeña, para asegurar una rápida apertura y una estanqueidad perfecta en el cierre.
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Las válvulas van montadas en el llamado plato de válvulas situado en la culata, su aspecto puede ser el de la figura 10, vista por ambas caras, para un compresor de 2 cilindros.
Fig. 10: Detalle del plato de válvulas
VÁLVULAS DE SERVICIO. Sobre el compresor van montadas las válvulas de servicio de aspiración y descarga que pueden adoptar tres posiciones. Pueden comunicar el compresor, con la tubería correspondiente (aspiración o descarga), y/o con una toma de presión para conectar un manómetro o para labores de mantenimiento, como carga de refrigerante, realizar el vacío, etc. Para identificar estas válvulas podemos seguir varios procedimientos. El primero y más sencillo es leer la serigrafía que suele venir en la cabeza del compresor, L o LP para baja presión y H o HP para alta presión. A veces si no existe serigrafía que identifique el lado de alta y de baja presión, podemos fijarnos en el diámetro de las tuberías. La tubería de mayor diámetro se corresponde con la válvula de servicio de aspiración. Por último, en los compresores semiherméticos, nos fijaremos en la posición de la válvula. Si se encuentra en el lado del motor eléctrico entonces se trata de la válvula de aspiración, ya que se aprovecha la baja temperatura del refrigerante para refrigerar los devanados del compresor.
Fig. 11: Detalle del compresor con válvulas de servicio
RESISTENCIA DE CARTER: El aceite que se encuentra en el carter de un compresor puede absorber una cantidad mayor o menor de refrigerante dependiendo de la presión y temperatura existente en dicho carter. Hay que tener presente que cuanto mayor sea el contenido de refrigerante disuelto en el aceite, inevitablemente deterioraría la capacidad lubricante de este último. Por lo tanto, el hecho de que el contenido de refrigerante en el aceite sea más bajo a altas temperaturas y bajas presiones es la razón que justifica la instalación de resistencias eléctricas en el carter del compresor. La función de la resistencia de carter es la de mantener la temperatura del aceite durante la parada del compresor por encima de la del punto más frío del sistema.
Para ver todos los componentes y repuestos de los compresores, puedes consultar la página web del fabricante del compresor en estudio. A modo de ejemplo te indicamos la web del fabricante de compresores BITZER: www.bitzer.de/es/Home Si accedemos a dicha página, puedes ver en el menú “Productos y servicios”, la posibilidad de acceder a programas y elegir el “software de piezas de repuestos”. En la figura 12 se muestra un ejemplo, donde una vez elegido un determinado tipo de compresor y modelo, visualizamos el despiece y tenemos la posibilidad de añadir al carro de la compra los repuestos que deseemos, visualizándose todos los datos referentes a ellos.
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Fig. 12: Software de piezas de recambio (Bitzer).
1.3 Dispositivos de lubricación del compresor alternativo
El aceite de los compresores lubrica las partes móviles y cierra el espacio entre el cilindro y el pistón. Se emplean dos sistemas de lubricación; el barboteo o por bomba de aceite. Sistema por barboteo se emplea hasta 4 ó 5 CV. 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. 14: Sistema de lubricación mediante bomba de aceite
Fig. 13: Sistema de lubricación por salpicadura
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Bomba de aceite: Para compresores a partir de 5 CV es necesario montar una bomba de aceite la cual va montada sobre el propio eje del compresor, en el lado opuesto al motor eléctrico. Su función es la de asegurar la lubricación de las partes móviles del compresor, aspirando el aceite del carter 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.
1.4 Compresores de pistón semiherméticos
La forma general de los compresores semiherméticos de pistón se asemeja a los de tipo abierto. La carcasa de hierro fundido acostumbra a incorporar unas aletas para facilitar la disipación del calor. En su interior se diferencia por un lado el compresor propiamente dicho y el motor de accionamiento compartiendo el mismo eje lo que elimina ruidos en la transmisión como ocurre cuando se utilizan los compresores abiertos.
Fig. 15: Compresor semihermético alternativo
En los motocompresores de potencia elevada, la aspiración de los vapores fríos se efectúa por su parte posterior. Antes de penetrar en la cámara de aspiración de la culata, los vapores fríos “bañan” los bobinados del estator del motor y los enfrían, calentándose ligeramente antes de ser admitidos en los cilindros.
3.6 Compresores alternativos o de pistón herméticos
En los compresores herméticos (figura 16), tanto el motor como el compresor se encuentran en el interior de una única coraza que está soldada. Poseen las siguientes características:
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No es accesible salvo a la parte eléctrica de conexiones El gas de aspiración se descarga por todo el interior de la coraza, lo que incluye el carter. Generalmente, se enfría con gas de aspiración. El conjunto del motor y el cigüeñal suele estar en posición vertical, con un cojinete en la parte inferior del árbol, junto a la bomba de aceite. El segundo cojinete está situado en medio del árbol, entre el motor y el compresor. Los pistones y varillas se mueven hacia el exterior del cigüeñal, por lo que trabajan en un ángulo de 90° en relación con el cigüeñal, tal y como se muestra en la figura 16. El paso de los gases de descarga por los amortiguadores (muflers) internos, elimina las pulsaciones de gas y reduce el nivel sonoro y la vibración. El serpentín de la línea de descarga a través del fondo del carter se encarga de mantener una temperatura del aceite alta, así como de evaporar posibles retornos de líquido que lleguen al compresor.
Fig. 16: Compresor hermético alternativo Danfoss Maneurop
Los compresores herméticos para aplicaciones domesticas disponen de tres conexiones: descarga, aspiración y carga de refrigerante (ver figura de compresores negros de danfoss) Para circuitos completamente herméticos las conexiones para aspiración y descarga deben ser soldadas. En otras instalaciones el uso de llaves Rotolock de aspiración y descarga hacen que la instalación y reposición del compresor sea fácil y rápida.
Fig. 17 : Compresor hermético para aplicaciones domesticas (Danfoss)
Fig. 18: Llave rotolock
Fig. 19: Conexiones de los compresores negros (Danfoss)
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