COMPRESOR

ES

DEFINICIÓN

Un compresor es una máquina que eleva la presión de un gas, un vapor, o una mezcla de gases y vapores.

Son maquinas de flujo continuo en donde se transforma la energía cinética (velocidad) en Trabajo (presión).

TIPOS DE COMPRESORESEs difícil establecer una calcificación completa y a la vez didáctica, pero la mejor y la mas racional es agrupar a los compresores en razón de su principio de funcionamiento:

A. Compresores de desplazamiento positivo o volumétricos

B. Compresores de desplazamiento cinético o dinámicos

Centrífugos Axiales

Compresores alternativos: - Ordinarios : verticales,

horizontales y radiales.- Especiales: de pistón seco, de

laberinto, electromagnéticos Compresores rotativos:

- De paletas- De excéntrica

Otros tipos : - De tornillo- De membrana

Otros tipos de clasificación:

Un compresor tipo abierto: es aquel en el que el compresor y el motor de accionamiento están claramente diferenciados en dos carcasas distintas.

Compresores herméticos: cuando el compresor y el motor se encuentran englobados en una carcasa herméticamente cerrada, para evitar las posibles fugas del fluido frigorígeno.

Compresores semiherméticos: el motor y el compresor se encuentran en una sola carcasa accesible desde el exterior, también realizan la supresión del cierre del cigüeñal, silenciosos y de alto rendimiento.

Compresor tipo abierto Compresor hermético

COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Realizan una verdadera compresión mecánica, produciendo una reducción volumétrica por el desplazamiento alternativo, rotativo y helicoidal de un elemento compresor móvil en el interior del espacio cerrado fijo.

COMPRESORES ALTERNATIVOS Los compresores alternativos son máquinas de desplazamiento positivo en las cuales sucesivas cantidades de gas quedan atrapadas dentro de un espacio cerrado y, mediante un pistón, se eleva su presión hasta que se llega a un valor de la misma que consigue abrir las válvulas de descarga.

En los compresores alternativos , el elemento compresor , émbolo o pistón se mueve alternativamente, accionado por un sistema biela-manivela, dentro de un cilindro que contiene los vapores de refrigerante.

Compresores alternativos Ordinario Se clasifican en distintas categorías dependiendo de:

Según el número de caras activas en el émbolo: - De simple efecto : una sola cara del embolo es activa- De doble efecto: dos caras del embolo son activas con dos compresores de vuelta.

Según la estanqueidad:

- Compresores de cárter abierto: el sistema biela- manivela no esta aislado del exterior.- Compresores de cárter cerrado.

Según el movimiento del fluido en el cilindro: - Compresores de tipo continuo: donde el vapor tiene el mismo sentido que el fluido

comprimido.- Compresores de tipo alterno: los sentidos son opuestos en las dos caras.

Compresores alternativos Ordinario

Según los saltos de compresión: - De compresión simple: solo realizan

un escalonamiento - De compresión múltiple: cuando

realizan mas de uno. Según el ámbito de aplicación y la

potencia frigorífica: - Compresores domésticos: capacidad

frigorífica es menor de 500 Kcal/h - Compresores comerciales: entre 500

y 1500 Kcal/h- Compresores industriales: mas de

1500 Kcal/h

Según la dirección del movimiento del émbolo:

- Compresores horizontales - Compresores verticales: los cilindros

están puestos verticalmente.- Compresores radiales: la posición de

los cilindros es inclinada con disposiciones en V, en W y en VV

a) Descenso del pistón:Cuando el pistón desciende, las dos válvulas están cerradas y el gas va ocupando mayor volumen , ya que disminuye la presión. Esto sucede hasta que la presión en la parte superior del cilindro llega a ser ligeramente inferior a la presión de la cámara de aspiración .En ese momento se abre la válvula de aspiración y el gas entra per ya ha recorrido un espacio Lb.

El principio de funcionamiento de un compresor alternativo es:

b) Subida del pistón:en el punto mas bajo, el cilindro esta lleno de gas a la presión de aspiración. El pistón comprime el gas hasta que su presión llega a ser ligeramente superior a la presión de la cámara de descarga.

Se abre en ese momento la válvula de descarga y los gases pasan ala cámara de descarga y de ésta al condensador.

Compresores electromagnéticoEste tipo de compresores se utiliza generalmente para frigoríficos domésticos.

Constan de tres componentes principales:

1. Un motor síncrono constituido por un circuito magnético laminar

2. Un sistema oscilatorio mecánico constituido por una lamina de resorte que lleva el imán.

3. Un componente aspirador-compresor que consta esencialmente de un cilindro fijo, un pistón y una válvula de descarga.

Al conectar los bornes del compresor a la corriente alterna , se induce un flujo magnético en el núcleo del circuito magnético.

COMPRESORES ROTATIVOS El elemento compresor se trasmite directamente por el árbol de trasmisión del motor, sin que medie ningún otro mecanismo. Éste puede ser de embolo o de paletas.

El engrase en estos compresores tiene gran importancia y se realiza a presión.

Existen dos tipos fundamentales de compresores rotativos:

Compresores de paletas

Compresores de excéntrica

Compresores de paleta Son muy silenciosos y proporcionan un nivel de caudal prácticamente constante

El refrigerante procedente del evaporador pasa a través de orificio de aspiración o de succión, llenado el espacio comprendido entre el cilindro , el rotor y las dos paletas contiguas. Este volumen de refrigerante se va reduciendo al girar el rotor, comprimiéndose hasta llegar al punto de tangencia del rotor con el cilindro, descargándose entonces el gas comprimido por el orificio de descarga hacia el condensador.

Este tipo de compresor requiere de válvulas de control en la línea de aspiración o de descarga, para evitar que el refrigerante de descarga regrese a través del compresor y la tubería de aspiración al evaporador cuando el compresor esta parado.

Compresores de excéntrica Al girar el eje, el rodillo se desliza alrededor de la pared del cilindro, en la dirección del sentido de giro del eje, manteniendo siempre contacto con la pared.

Una paleta esta siempre en contacto con el rodillo obligada por una resorte. La paleta establece la separación entre la aspiración y la descarga.

Cuando el rodillo esta tangente al cilindro en el lugar de la paleta, todo el espacio comprendido entre el rodillo y el cilindro se llena de gas procedente del evaporador. Este espacio va disminuyendo de volumen a medida que ele rodillo gira y la descarga se efectúa cuando el rodillo esta tangente al cilindro sobre el orifico de descarga. En al descarga hay una válvula de lengüeta que evita que el gas comprimido regrese a la cámara del cilindro.

Hay que resaltar que la aspiración se hace en una manera

continua

COMPRESORES DE TORNILLO También llamados helicoidales, combina las ventajas del compresores de desplazamiento positivo con la de los compresores centrífugos para la obtención de potencias frigoríficas muy elevadas.

No emplean válvulas de descarga no de aspiración.

La compresión del refrigerante evaporado se obtiene en el espacio resultante entre el cárter y los huecos de los engranajes.

Utilizan los refrigerantes fluocarbonados, aunque también el amoniaco.

El compresor esta compuesto por dos engranajes helicoidales , uno macho (perfil semicircular) y otro hembra (perfil semicircular con 6 huecos)

COMPRESORES DE MEMBRANA

Este tipo forma parte del grupo de compresores de embolo. Una membrana separa el embolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas móviles. Por tanto , el aire comprimido esta exento de aceite.

El movimiento obtenido del motor, acciona una excéntrica y por su intermedio el conjunto biela-pistón. Esta acción somete a la membrana a un vaivén de desplazamientos cortos e intermitentes que desarrolla la aspiración y compresión.

COMPRESORES DINÁMICOS

Los compresores Dinámicos son de los más utilizados en la industria, porque su construcción sencilla, libre de mantenimiento y permite un funcionamiento continuo durante largos periodos.

No poseen un elemento mecánico que realice la compresión de los vapores aspirados, sino que la compresión se debe a la fuerza centrifuga ejercida por la rotación a ala alta velocidad de los rodetes.

El número de rodetes dependen de la presión final a la que haya que someter en gas. Entre lo que mas se usan son: con 2,3 y 4 rodetes.

Se pueden dividir en dos grupos:

Los de acción, en los cuales se produce variación de presión en los alabes del rodete.

Los de reacción, cuando el diseño permite un aumento de presión dentro del rodete.

COMPRESOR CENTRIFUGO

El principio de funcionamiento de estos compresores es el siguiente:

El gas a baja presión procedente del evaporador se introduce por el centro del rotor.

Al llegar al primer rodete es expulsado radialmente hacia afuera por acción de la fuerza centrifuga y es descargado desde los extremos de los álabes a la cubierta del compresor a alta velocidad, aumentando la presión y la temperatura.

Los vapores con recogidos por difusores diseñados en la cubierta (conversión de la energía cinética a ala energía de presión), y conducidos al centro del segundo rodete y asi sucesivamente.

En el ultimo paso son conducidos a la cámara de descarga. Desde allí se van al condensador.

• También el compresor axial basa su funcionamiento en comunicar a los vapores de refrigerante una determinada energía cinética que después se transforma en energía de presión.

• Por lo tanto se diferencia del compresor centrifugo solamente en el sentido del movimiento del fluido a comprimir, no en el modo de producir la presión.

• En estos compresores, el flujo del aire es paralelo al eje o al árbol del compresor y no cambia de sentido como en los centrífugos de flujo radial.

• Cada etapa consta de aspas rotatorias y fijas. En un diseño de reacción de 50 %, la mitad del aumento de la presión ocurre en las aspas del rotor y las de la segunda mitad en las del estator.

COMPRESORES AXIAL

CARACTERÍSTICAS DE LOS DIFERENTES TIPOS DE COMPRESORES

Tipo de compresor

Temperatura de trabajo

Potencia Frigorífica r.p.m

Regulación de su potencia

Alternativo

-30°C/+25°CHasta 200000

frig/h

3000

Aptos para todo tipo. Excepción: compresores de piston seco que solo llegan a un 50% de su capacidad

-40°C/-10°CSuperan

difícilmente los 600000 frig/h

-10°C/+25°C 600000 frig/h

Rotativo -40°C/+10°C 600000 frig/h 600-2800 hasta el 50%

De tornillo

-10°C/+25°C 2 106 frig/h

3000-30000 Entre 100% - 10%

-30°C/+30°C 106 frig/h

Centrifugo

+1°C/+35°C 24 106 frig/h

3000-25000 Entre 100% - 10%

-45°C 2.5 106 frig/h

5. CICLO DE COMPRESOR. DIMENSIONAMIENTO Y RENDIMIENTO DE UN COMPRESOR

El ciclo del compresor es recorrido por el embolo en sus movimientos:

• Descendentes la reexpansion y aspiración de los vapores.• Ascendentes compresión y descarga.

B’C’ volumen que se lleva con los vapores aspirados

A’B’ volumen reexpandido de los vapores

OA’ Volumen al espacio perjudicial

Figura 4.15- diagrama indicado teorico para un ciclo de compresion

real

El volumen desplazado por el compresor en (m3/min o m3/h) será función de sus diferentes elementos mecánicos:

• Diámetro del cilindro (D en m)• Carrera del pistón (L en m)• Velocidad de rotación (n en r.p.m)• Numero de cilindros (N)

𝑉 𝑡=𝜋 ∗𝐷2

4∗𝑁∗𝐿∗𝑛∗60(𝑚¿¿3 /h)¿

Dividiendo el volumen desplazado por el volumen especifico del fluido frigorígeno en las condiciones de aspiración se obtendrá el del fluido refrigerado.

Se puede obtener la capacidad de refrigeración teórica del compresor siempre y cuando se conozca el efecto frigorífico por unidad de masa que circula por el evaporador:

𝑄𝑡=𝑉 𝑡

𝑉 𝑒

∗(h𝑣𝑒−h 𝑙𝑒)

La capacidad refrigerante de cualquier compresor se calcularía teóricamente como el producto del caudal másico refrigerante.

Pero, la capacidad real de refrigeración de un compresor siempre es < capacidad teórica calculada.

El volumen de vapor que llena el cilindro siempre es menor que el volumen barrido por el pistón.

La densidad del vapor dentro del cilindro (tras la aspiración) siempre es < densidad del vapor en la tubería de aspiración por el calentamiento producido, por lo cual el vapor experimenta una pequeña expansión junto con una perdida de presión.

Para la apertura de la válvula de impulso o descarga la presión ha de ser superior a la correspondiente a la temperatura de condensación.

Esta disminución de la producción frigorífica conduce a la definición del rendimiento volumétrico, la cual se determina estableciendo una relación entre el volumen real de vapor aspirado y el volumen teórico desplazado por el pistón.

• Se llama relación de compresión a la que existe entre la presión absoluta de impulsión o descarga (Pi) y la presión absoluta de aspiración o succión (Pa).

• El calculo de rendimiento volumétrico en función de la relación de compresión y de la relación entre el volumen del espacio perjudicial y el volumen desplazado por el pistón (E).

𝜂𝑣𝑇=𝑉 𝑟

𝑉 𝑡

𝜂𝑣𝑇=1− �̌�∗[(𝑃 𝑖−𝑃𝑎)1𝛾−1] 𝛾=

𝐶𝑝

𝐶𝑣𝜂𝑣𝑇=1− �̌�∗[(𝑇 𝑖−𝑇 𝑎)

1𝛾− 1−1]

6. POTENCIA DE UN COMPRESORSe determina multiplicando la producción frigorífica real del compresor por la potencia necesaria para producir cada unidad de refrigeración.

Se define el rendimiento volumétrico real del compresor como:

𝜂𝑣=𝑉 𝑟

𝑉 𝑡

• La capacidad refrigerante del compresor:

• Y por lo tanto, la potencia teórica del compresor será:

𝑄𝑟=𝑄𝑡∗𝜂𝑣𝑟

𝑁𝑡=𝑄𝑟

630𝑘𝑐𝑎𝑙h𝐶𝑉

=𝐶𝑉

El ciclo real de compresión producido durante la prueba del compresor llevado a un diagrama presión-volumen recibe el nombre de diagrama indicado.

El trabajo de compresión obtenido del diagrama se llama trabajo indicado y la potencia se le llama potencia indicada (tiene en cuenta el rendimiento de compresión).

Figura 4.15. diagrama indicado teórico para un ciclo de compresión real.

Los factores que influyen sobre el rendimiento indicado son prácticamente los mismos que afectan al rendimiento volumétrico total:

• Efectos de estrangulamiento• Intercambio de calor (vapor y cilindro)• Fricción en el fluido• No ser un fluido perfecto

Las perdidas de potencia se incluyen las mecánicas debidas a la transición del motor y compresor, se obtiene la potencia total, la cual recibe el nombre de POTENCIA DE FRENO:

𝑁 𝐹=𝑁𝑡

𝜂𝑡

𝜂𝑟=𝜂 𝑖∗𝜂𝑚

*1.1

Siendo:

G = caudal másico real de fluido refrigerante que circula en la unidad de tiempo por el compresor (Kg/Kj).

hi y ha = Entalpia del refrigerante en las condiciones de impulsión o de descarga, y de aspiración, respectivamente (kcal/kg)

ηvr = rendimiento volumétrico real

7. REGIMEN DE FUNCIONAMIENTO DE UN COMPRESOR7.1. Funcionamiento de un compresor en régimen húmedo:

REGIMEN HUMEDO: cuando entra en el cilindro una mezcla de vapor y liquido en forma de gotitas no evaporadas.

La tubería de aspiración esta escarchada si la temperatura de evaporación < 0°C y la escarcha va a cubrir una parte del cuerpo del compresor.

La tubería de descarga esta relativamente fría.

7.2. funcionamiento del compresor en régimen seco o régimen recalentado:

La ultima gota de liquido se ha evaporado en el evaporador, antes de llegar al compresor, los vapores que entran en el compresor son vapores saturados secos o recalentados por la cual el compresor trabaja en régimen seco o recalentado respectivamente.

La tubería de aspiración estará fría y húmeda o incluso escarchada si la temperatura del vapor recalentado es todavía < 0°C. La tubería de descarga estará caliente.

Es el mas utilizado pues supone un aumento de rendimiento del 10% al 12% sobre el régimen húmedo y además evita el peligro de «golpes de frio» en el compresor.

8. INFLUENCIA DE LAS TEMPERATURAS DE EVAPORACION Y CONDENSACION SOBRE LA PRODUCCION FRIGORIFICA Y LA POTENCIA DEL COMPRESOR

La temperatura de vaporización es el factor mas importante de los que influyen sobre la producción frigorífica.

Un aumento en la TV supone un aumento de presión tanto en el evaporador como en la línea de aspiración, aumento la densidad del vapor aspirado. También aumenta el efecto refrigerante.

Un aumento en la TE hace disminuir la relación de compresión y probablemente el trabajo de compresión, por lo cual aumenta la densidad de los vapores aspirados.

La TC no influye sobre el peso teórico del fluido refrigerante desplazado por el compresor, pero influye sobre el efecto frigorífico.

La disminución de rendimiento y producción frigorífica debidas al aumento de la TC son mas importantes cuanto menor sea la temperatura en el evaporador.

La potencia necesaria para mover el compresor vendrá afectada en cuanto a la TC influye sobre el trabajo de compresión.

Al aumentar la TC, aumentara el trabajo de compresión y se incrementa la potencia necesaria.

9. REGULACION DE POTENCIA EN COMPRESOR ALTERNATIVOS

Esta regulación se realiza de una forma mecánica, siendo los mas utilizados:

• Acción sobre la velocidad de rotación del compresor• En los compresores multicilindricos• Actuando sobre el rendimiento volumétrico.• Mediante el empleo de un by-pass entre la aspiración y la

impulsión.• Conectando el cilindro del compresor con el colector de aspiración

y sin actuación directa sobre las válvulas.

10. SELECCIÓN DEL COMPRESOR

Para seleccionar un compresor para una aplicación concreta se necesitan los siguientes datos:

• Capacidad refrigerante requerida (kcal/h) y su evolucion en funcion del tiempo durante el funcionamiento previsible de la instalacion.

• Temperatura de evaporacion (°C)• Temperatura de condensacion (°C)