COMPRESORES

El compresor tiene dos funciones en el ciclo de refrigeración: en primer lugar succiona le vapor refrigerante y reduce la presión en el evaporador a un punto en el que puede ser mantenida la temperatura de evaporación deseada. En segundo lugar, el compresor eleva la presión del vapor refrigerante a un nivel lo suficientemente alto, de modo que la temperatura de saturación sea superior a la temperatura del medio enfriante disponible para la condensación del vapor refrigerante.

Existen tres tipos básicos de compresores: Reciprocantes, Rotativos y Centrífugos.

Los compresores centrífugos son utilizados ampliamente en grandes sistemas centrales de acondicionamiento de aire y los compresores giratorios se utilizan en el campo de los refrigeradores domésticos. Sin embargo, la mayoría de compresores utilizados en tamaños de menor caballaje para las aplicaciones comerciales, domésticas e industriales son reciprocantes.

Compresores Reciprocantes.

El diseño de este tipo de compresores es similar a un motor de automóvil moderno, con un pistón accionado por un cigüeñal que realiza carreras alternas de succión y compresión en un cilindro provisto con válvulas de succión y descarga. Debido a que el compresor reciprocante es una bomba de desplazamiento positivo, resulta apropiado para volúmenes de desplazamiento reducido, y es muy eficaz a presiones de condensación elevada y en altas relaciones de compresión.

Ventajas:

• Adaptabilidad a diferentes refrigerantes

• Facilidad con que permite el desplazamiento de líquido a través de tuberias dada la alta presión creada por el compresor.

• Durabilidad

• Sencillez de su diseño

• Costo relativamente bajo

Compresores de tipo abierto

Los primeros modelos de compresores de refrigeración fueron de este tipo. Con los pistones y cilindros sellados en el interior de un Cárter y un cigüeñal extendiéndose a través del cuerpo hacia afuera para ser accionado por alguna fuerza externa. Tiene un sello en torno del cigüeñal que evita la pérdida de refrigerante y aceite del comprsor.

Desventajas:

• Mayor peso

• Costo superior

• Mayor tamaño

• Vulnerabilidad a fallas de los sellos

• Difícil alineación del cigüeñal

• Ruido excesivo

• Corta vida de las bandas o componentes de acción directa

Este compresor ha sido reemplazado por el moto-compresor de tipo semihermético y hermético, y su uso continua disminuyendo a excepción de aplicaciones especializadas como es el acondicionamiento de aire para automóviles.

Moto-compresores semiherméticos

Este tipo de compresores fue iniciado por Copeland y es utilizado ampliamente en los populares modelos Copelametic. El compresor es accionado por un motor eléctrico montado directamente en el cigüeñal del compresor, con todas sus partes, tanto del motor como del compresor, herméticamente selladas en el interior de una cubierta común.

Se eliminan los trastornos del sello, los motores pueden calcularse específicamente para la carga que han de accionar, y el diseño resultante es compacto, económico, eficiente y básicamente no requiere mantenimiento. Las cabezas cubiertas del estator, placas del fondo y cubiertas de Carter son desmontables permitiendo el acceso para sencillas reparaciones en el caso de que se deteriore el compresor.

Moto-compresor hermético.

Este fue desarrollado en un esfuerzo para lograr una disminución de tamaño y costo y es ampliamente utilizado en equipo unitario de escasa potencia. Como en el caso del moto-compresor semihermético, el motor eléctrico se encuentra montado directamente en el cigüeñal del compresor, pero el cuerpo es una carcaza metálica sellada con soldadura. En esti tipo de compresores no pueden llevarse acabo reparaciones interiores puesto que la única manera de abrirlos es cortar la carcaza del compresor.

Velocidad del compresor.

Los primeros modelos de compresores de diseñaron para funcionar a una velocidad relativamente reducida, bastante inferiores a 1000 rpm. Para utilizar los motores eléctricos estándar de cuatro polos se introdujo el funcionamiento de los moto-compresores herméticos y semiherméticos a 1750 rpm (1450 rpm en 50 ciclos).

La creciente demanda de equipo de acondicionamiento de aire mas compacto y menor peso ha forzado el desarrollo de moto-compresores herméticos con motores de dos polos que funcionan a 3500 rpm (2900 rpm en 50 ciclos).

Las aplicaciones especializadas para acondicionamiento de aire en aviones, automóviles y equipo militar, utilizan compresores de mayor velocidad, aunque para la aplicación comercial normal y doméstica el suministro de energía eléctrica existente de 60 ciclos limita generalmente la velocidad de los compresores a la actualmente disponible de 1750 y 3500 rpm.

Las velocidades superiores producen problemas de lubricación y duración. Y estos factores, así como el costo, tamaño y peso deben ser considerados en el diseño y aplicación del compresor.

Funcionamiento Básico

Cuando el pistón se mueve hacia abajo en la carrera de succión se reduce la presión en el cilindro. Y cuando la presión del cilindro es menor que el de la línea de succión del compresor la diferencia de presión motiva la apertura de las válvulas de succión y fuerza al vapor refrigerante a que fluya al interior del cilindro.

Cuando el pistón alcanza el fin de su carrera de succión e inicia la subida ( carrera de compresión), se crea una presión en el cilindro forzando el cierre de la válvulas de succión. La presión en el cilindro continua elevándose a medida que el cilindro se desplaza hacia arriba comprimiendo el vapor atrapado en el cilindro. Una vez que la presión en el cilindro es mayor a la presión existente en la línea de descarga del compresor, las válvulas de descarga se abren y el gas comprimido fluye hacia la tubería de descarga y al condensador.

Cuando el pistón inicia su carrera hacia abajo la reducción de la presión permite que se cierren la válvulas de descarga, dada la elevada presión del condensador y del conducto de descarga, y se repite el ciclo.

Durante cada revolución del cigüeñal se produce una carrera de succión y otra de compresión de cada pistón. De modo que en los moto-compresores de 1750 rpm tienen lugar a 1750 ciclos completos de succión y compresión en cada cilindro durante cada minuto. En los compresores de 3500 rpm se tiene 3500 ciclos completos en cada minuto.

Válvulas en el compresor

La mayoría de las válvulas del compresor reciprocante son del tipo de lengueta y deben posicionarse adecuadamente para evitar fugas. El mas pequeño fragmento de materia extraña o corrosión bajo la válvula producirá fugas y deberá tenerse el máximo cuidado para proteger el compresor contra contaminación.

Desplazamiento del compresor

El Desplazamiento de un compresor reciprocante es el volumen desplazado por los pistones. La medida de desplazamiento depende del fabricante, por ejemplo: Copeland lo publica en metros cúbicos por hora y pies cúbicos por hora pero algunos fabricantes lo publican en pulgadas cubicas por revolución o en pies cúbicos por minuto.

El desplazamiento del compresor lo podemos calcular mediante las formulas siguientes:

MCH= metros cúbicos por hora

MCM= metros cúbicos por minuto

Cm3/Rev = centímetros cúbicos por revolución

D = diámetro del cilindro (cm)

L = Largo carrera (cm)

N = número de cilindros

RPM = Revoluciones por minuto

1000= Centímetros cúbicos por metro.

Volumen de espacio libre

La eficiencia de un compresor depende de su diseño. Si las válvulas esta bien posicionadas, el factor más importante es el volumen del espacio libre. Una vez completada la carrera de compresión todavía que a cierto espacio libre el cual es esencial para que el pistón no golpee contra el plato de válvulas. Existe además otro espacio en los orificios de la válvulas de descarga puesto que estos se encuentran en la parte superior del plato.

Este espacio residual que no e desalojado por el pistón al fin de su carrera, se denomina volumen de espacio libre. Que permanece lleno con gas comprimido y caliente al final de la carrera de compresión. Cuando el pistón inicia el descenso en la carrera de succión, se expande el gas residual de elevada presión y se reduce su presión. En el cilindro no puede penetrar vapor de la línea de succión hasta que la presión en el se reduzca a su valor menor que el de la línea de succión. La primera parte de la carrera de succión se pierde bajo un punto de vista de capacidad, ya que a medida que se aumenta la relación de compresión, un mayor porcentaje de la carrera de succión es ocupada por el gas residual.

Lubricación

Siempre debe de mantenerse un adecuado suministro de aceite en el cárter, para asegurar una continua lubricación. En algunos compresores la lubricación se efectúa por medio de una bomba de aceite de desplazamiento positivo.

Carga de aire seco.

Algunos compresores se embarcan con una carga de aire seco. La presión interna de un compresor tratado en la fábrica garantiza que posee un cierre hermético y que el interior está totalmente seco. Al instalar el compresor debe de ser evacuado para eliminar esta carga de aire.

Enfriamiento del compresor

Los compresores enfriados por aire requieren un flujo adecuado de aire sobre el cuerpo del compresor para evitar su recalentamiento. El flujo de aire procedente del ventilador debe de ser descargado directamente sobre el moto-compresor.

Los compresores enfriados por agua están equipados con una camisa por la que circula el agua o están envueltos con un serpentín de cobre. El agua debe de fluir a través del circuito de enfriamiento cuando el compresor está en operación.

Los moto-compresores enfriados por refrigerante se diseñan de modo que el gas de succión fluya en torno y a través del motor para su enfriamiento. A temperatura de evaporación por debajo de -18ºC o 0ºF es necesario un enfriamiento adicional mediante flujo de aire puesto que la densidad decreciente del gas refrigerante reduce su propiedad de enfriamiento.

Capacidad del compresor

Los datos de capacidad los facilita el fabricante de cada modelo de compresor para los refrigerantes con los que puede ser utilizado. Estos datos pueden ofrecerse en forma de curvas o tablas, en indica la capacidad en Kcal/ hora, a diversas temperaturas de succión y de descarga.

Compresores de dos etapas

Se han desarrollado los compresores de dos etapas para aumentar la eficiencia cuando las temperaturas de evaporación se encuentran en la gama de -35ºC a -62ºC.

Estos compresores se dividen internamente en baja o alta. Los motores de tres cilindros tienen dos cilindros en la primera etapa y uno en la segunda, mientras que los modelos de seis cilindros tienen cuatro en la primera y dos en la segunda.

BIBLIOGRAFÍA

Air-Conditioning and Refrigeration Institute. Manual de Refrigeración y Aire Acondicionado. Tomo 1, Prentice Hall. 1987.