Análisis de daños en compresores para refrigeración

“ANÁLISIS DE DAÑOS
PRESENTADOS EN
COMPRESORES
RECIPROCANTES PARA
REFRIGERACIÓN.”
TESINA
PRESENTA:
LUIS FERNANDO TIBURCIO BARRIOS
VICTOR HUGO VÁZQUEZ PÉREZ
DIRECTOR DE TRABAJO RECEPCIONAL
ING. CÉSAR IGNACIO VALENCIA GUTIÉRREZ
POZA RICA, VER. MARZO DE 2011.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
ZONA POZA RICA – TUXPAN

ANÁLISIS DE DAÑOS PRESENTADOS EN COMPRESORES RECIPROCANTES
PARA REFRIGERACIÓN
INDICE
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN 2
JUSTIFICACIÓN 3
NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL TRABAJO 4
ENUNCIACIÓN DEL TEMA 6
EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO 7
CAPÍTULO II
DESARROLLO DEL TEMA
PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACIÓN 8
MARCO CONTEXTUAL 9
MARCO TEÓRICO 12
1.0 EL CICLO MECÁNICO DE REFRIGERACIÓN. 12
1.1 EL CICLO MECANICO DE REFRIGERACIÓN DE
REFRIGERACION
12
1.2 EFICIENCIA VOLUMÉTRICA DEL COMPRESOR 14
1.3 EFECTOS NOCIVOS DEBIDO A VARIACIONES DE
OPERACIÓN.
1.4 SISTEMAS DE COMPRESIÓN PARA REFRIGERACIÓN
16
20
2.0 COMPRESORES RECIPROCANTES 23
2.1 VELOCIDAD DEL COMPRESOR 25
2.2 FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL COMPRESOR 26
2.3 VALVULAS DE SUCCION Y DESCARGA 27
2.4 DESPLAZAMIENTO DEL COMPRESOR 28
2.5 VOLUMEN DE ESPACIO LIBRE. 29
2.6 LUBRICACION
2.7 CARGA DE AIRE SECO
2.8 ENFRIAMIENTO DEL COMPRESOR
2.9 CAPACIDAD DEL COMPRESOR
2.10 COMPRESORES DE DOS ETAPAS
2.11 COMPRESORES CON DESCARGADORES
2.12 COMPRESORES EN TANDEM
30
32
32
33
33
34
35
3.0 ANÁLISIS DE DAÑOS MECANICOS 36
3.1 RETORNO DE LIQUIDO 36
3.2 DAÑO CAUSADO POR GOLPE DE LIQUIDO 39

PARA REFRIGERACIÓN
.
3.3 DEFECTO DE LUBRICACIÓN
3.4 PROBLEMAS DE CONTAMINACIÓN DEL SISTEMA
3.5 HUMEDAD EN EL SISTEMA
3.6 CONTAMINACION EN LA INSTALACIÓN (POR
SUCIEDAD O POR AIRE)
3.7 ELEVADAS TEMPERATURAS DE DESCARGA DEL
COMPRESOR
46
52
57
59
60
60
4.0 ANALISIS DE DAÑOS ELÉCTRICOS
4.1 PROBLEMAS DE SUMINISTRO ELECTRICO
4.2 FALTA DE FASES Y SUS CAUSAS
4.3 PROBLEMAS MECANICOS CAUSANTES DE DAÑOS
ELÉCTRICOS
4.4 LIMPIEZA DEL SISTEMA
64
64
69
71
74
CAPÍTULO III
CONCLUSIONES 84
BIBLIOGRAFÍA 86
ANEXO 87

PARA REFRIGERACIÓN
ANALISIS DE DAÑOS PRESENTADOS
EN COMPRESORES RECIPROCANTES
PARA REFRIGERACIÓN.
1

PARA REFRIGERACIÓN
CAPITULO I: INTRODUCCIÓN
El mejor mantenimiento de una instalación se realiza cuando se conocen a fondo
todos y cada uno de los elementos que la componen, y la función que realizan en
ella. De ese modo se prestará mayor atención a los componentes esenciales y, en
caso de aparecer, las averías siempre serán de menor gravedad.
Es necesario también conocer los parámetros de diseño de la instalación y el ciclo de
frigorífico que atraviesa el refrigerante para proceder a una rápida localización y
reparación de las averías.
El tema desarrollado a continuación trata de cómo reparar los equipos y el modo de
evitar estas reparaciones a través de un adecuado mantenimiento de la instalación.
2

PARA REFRIGERACIÓN
JUSTIFICACIÓN
La mejor forma de prevenir los problemas del compresor, es iniciar una planilla de
mantenimiento preventivo que incluya el registro rutinario de las condiciones de
funcionamiento del sistema. El registro diario de las presiones, de las temperaturas,
sobrecalentamiento, subenfriamiento, etc. de funcionamiento del equipamiento,
provee un medio de acompañar el desempeño del sistema durante todo el año.
Con ese tipo de datos se pueden detectar, las tendencias que pueden hacer que
las condiciones de funcionamiento se desvíen de los límites aceptables.
El registro de los datos de desempeño del sistema no sólo provee un medio
para detectar problemas inminentes, sino que además, en caso de falla esas
informaciones podrán ser usadas para reconstruir la serie de sucesos que lo
ocasionaron.
Al final de este trabajo se dan algunas sugerencias que podrán ayudarlo en el
establecimiento de un sistema de registro para los operadores del equipamiento. Al
procurar llegar a la causa de la falla del sistema, use todos los datos posibles que
pueda obtener de toda y cualquier fuente. Converse con el personal que opera el
equipamiento del cliente y descubra lo que pueda sobre el tipo de ruido que la
unidad presentó inmediatamente antes de la falla: ¿El funcionamiento era normal
o anormal? ¿A qué hora ocurrió la falla? Si sabe eso, podrá determinar la causa
del problema por ocasión de la falla. ¿El operador mantenía un registro como
sugerido arriba? Si lo mantenía, su trabajo de investigación será más fácil.
Al desmontar un compresor dañado, identifique las piezas a medida que sean
retiradas, de forma que sus posiciones relativas dentro de la máquina puedan ser
determinadas cuando sean examinadas.
Para que la marca permanezca legible, marque las piezas con un metal
trazador o marcador mágico permanente para evitar que se borren durante su
manipulación.
Además de la identificación de las piezas que son removidas, examine el
estado general de cada pieza del compresor. ¿Están ciertas piezas limpias y sin
daño? En caso afirmativo, anote eso. Si el compresor en general se presenta
sucio, ¿qué tipo de contaminación puede ver? Mucha cosa puede ser
determinada en este punto si puede identificar hollín, barniz, carbonización,
borra, revestimiento de cobre (copper plating), oxidación o partículas de
aluminio, cobre, hierro, etc. Siempre relacionar esos objetos encontrados a las
áreas del compresor o las piezas individuales. Por ejemplo: ¿Las válvulas del
conjunto plato de válvulas están averiadas? En caso afirmativo, ¿dónde y cómo? Aún
si se necesita una limpieza completa para ver el daño, las informaciones obtenidas
podrán ser de gran valor al hacerse el análisis final.
3

PARA REFRIGERACIÓN
NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL TRABAJO
Al lidiarse con las fallas del compresor resultantes de problemas del sistema, como
estamos haciendo en esta presentación, debemos, en primer lugar, identificar las
varias categorías generales de fallas del sistema en las cuales la mayoría de
las fallas de compresor conectada al sistema pueda ser definida.
Cada una de esas categorías será, entonces, discutida en términos de daño que
pueden causar y, finalmente, las soluciones para cada una de esas áreas. Siendo
así, los técnicos de refrigeración deben estar preparados para, enseguida a este
trabajo, buscar otras fuentes, tales como: Boletines de Ingeniería, Informaciones
Técnicas, Cuadernillos, Manual del Mecánico de Refrigeración, etc., todas esas
literaturas técnicas lo ayudará a desarrollar aún más estas técnicas y habilidades.
La mayoría de las fallas del compresor, con excepción de los defectos del producto,
puede ser clasificada en las siguientes categorías generales:
RETORNO DE LÍQUIDO: Sucede principalmente cuando el sobrecalentamiento del gas
en la succión del compresor tiende a "cero". Esta succión "húmeda", debido al
efecto detergente del refrigerante, es capaz de remover toda la película lubricante de
las partes móviles del compresor y, como consecuencia, provocará su rotura
mecánica.
GOLPE DE LÍQUIDO: Daño causado por la presión hidrostática cuando el compresor
intenta comprimir un líquido (sea aceite, refrigerante o ambos).
PROBLEMAS DE LUBRICACIÓN: Problemas relacionados con desgaste excesivo
causado por la falta de cantidad suficiente de aceite lubricante en las áreas
esenciales.
CONTAMINACIÓN DEL SISTEMA: Material extraño resultando en desgaste
excesivo, causando daño mecánico del motor o recalentamiento.
HUMEDAD EN LA INSTALACIÓN: Formación del "copper plating" en las partes
móviles y calientes del compresor, resultado que proviene de la mezcla de
humedad/refrigerante/aceite que producen reacciones capaces de atacar
químicamente tuberías de cobre y, principalmente, los motores eléctricos de los
compresores herméticos y semiherméticos. Aparecen principalmente en las
instalaciones donde no se ha hecho una buena evacuación y deshidratación del
sistema.
SUCIEDAD DE LA INSTALACIÓN: Que resulta de la falta de cuidado de la
instalación del sistema, o de cualquier otra intervención realizada. Son principalmente
partículas de metal y óxidos de cobre y hierro, provenientes de la instalación donde
no han sido utilizados cortadores de tubos y gas de protección durante toda la
soldadura.
4

PARA REFRIGERACIÓN
TEMPERATURA DE DESCARGA ELEVADA: Se produce principalmente cuando se
trabaja con un valor elevado del sobrecalentamiento del gas en la succión del
compresor, resultando la carbonización del aceite lubricante y la consecuente rotura
mecánica del compresor.
PROBLEMAS ELÉCTRICOS: Aquellos problemas que pueden causar fallas, con
excepción de los problemas eléctricos causados por daños mecánicos. Nuestro estudio
incluirá también algunas de las causas mecánicas de fallas eléctricas.
Se analizan con más detalles cada una de esas áreas.
5

PARA REFRIGERACIÓN
ENUNCIACIÓN DEL TEMA
Se han escrito muchos artículos sobre las causas principales de las fallas mecánicas
relacionadas a los compresores de refrigeración. Desarmando un compresor y
analizando sus partes, un especialista puede típicamente determinar la falla dentro
de las siguientes categorías:
GOLPE DE LÍQUIDO.
PROBLEMAS DE LUBRICACIÓN.
CONTAMINACIÓN DEL SISTEMA.
HUMEDAD EN LA INSTALACIÓN.
SUCIEDAD DE LA INSTALACIÓN.
TEMPERATURA DE DESCARGA ELEVADA.
PROBLEMAS ELÉCTRICOS.
Saber en cuál de éstas categorías entra un compresor con fallas puede ayudar a los
profesionales a resolver el problema antes de instalar otro compresor- este
conocimiento de fallas resulta crucial para detener la cadena de posibles fallas
repetitivas.
Recordemos que el compresor es el mecanismo más importante dentro de un
sistema de refrigeración.
Las estadísticas de falla que guardan los fabricantes de compresores muestran que
las mayorías de éstas se manifiestan en los compresores de reemplazo. Esto indica
claramente que la causa que originó el daño del compresor original continúa ahí sin
ser resuelta.
La mayoría de las fallas de los compresores se debe a deficiencias del sistema en el
que están siendo aplicados. Estas deficiencias deben ser minuciosamente
identificadas y corregidas, para que la falla no ocurra en el compresor ni en uno de
reemplazo.
La inspección completa del compresor es imprescindible, ya que revela el origen del
problema y en consecuencia, indica las correcciones que deben hacerse en el
sistema. Por ejemplo, el retorno del refrigerante líquido se manifiesta mientras el
compresor está en funcionamiento. El refrigerante líquido se mezcla con el aceite
alterando su capacidad de lubricar convenientemente.
En compresores semiherméticos o reciprocantes, refrigerados por aire, la falla puede
hacerse evidente al observar un desgaste pronunciado en los anillos del pistón
mismo, producido por el lavado de las paredes de los cilindros ante la presencia del
líquido refrigerante.
6

PARA REFRIGERACIÓN
EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO
Este trabajo recepcional tiene como finalidad presentar los principales motivos por los
cuales se producen las fallas en los compresores de refrigeración y aire
acondicionado y que a su vez pueda servir de guía y consulta para la comunidad
universitaria de la Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica, así como al personal
involucrado en los sistemas de refrigeración especialmente a aquellos que manejan
las distintas técnicas y procedimientos para el mantenimiento de los compresores.
La presente tesina se ha estructurado con un marco contextual que proporciona la
información suficiente para ubicarse en el conocimiento de los compresores
utilizados en la refrigeración.
Posteriormente se tiene el desarrollo del marco teórico, la base del análisis de
daños, el cual se desglosa de la siguiente manera:
En primer lugar se describe el Ciclo de Refrigeración por Compresión Mecánica,
en donde se explica ampliamente el ciclo mecánico, la eficiencia volumétrica del
compresor y los diversos efectos, nocivos, que afectan el correcto funcionamiento del
dispositivo analizado.
En segundo lugar se expone el tema de los Compresores Reciprocantes,
entendiendo sus partes componentes y construcción, así como la terminología
empleada en este campo de la ingeniería.
Continúa el trabajo recepcional explicando ahora el Análisis de Daños Mecánicos
que como ya se menciona, se engloban en siete categorías diferentes, abundantes
fotos tratan de presentar con claridad este tema.
Finalmente, dentro de éste marco teórico se desarrolla el tema del Análisis de
Daños Eléctricos, clasificando cuatro rangos de problemas que se presentan en
ésta área.
Concluye la presente investigación documental con un Análisis Crítico de los
Diferentes Enfoques, para así llegar a las Conclusiones y cerrar el tema.
7

PARA REFRIGERACIÓN
CAPITULO II: DESARROLLO DEL TEMA
PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACIÓN
La misión del compresor es la de aspirar los vapores a baja presión procedentes del
evaporador, a la misma velocidad que se van produciendo y comprimirlos,
disminuyendo así su volumen y aumentando en consecuencia la presión y
temperatura del gas.
El hecho más importante que regula la capacidad de un compresor, es la
temperatura de vaporización del líquido en el evaporador.
Las grandes variaciones de capacidad de un mismo compresor, debidas a los
cambios de temperatura de aspiración son principalmente resultado de la diferencia
de volúmenes específicos que se tienen en el vapor de aspiración a la entrada del
compresor.
A mayor temperatura de vaporización del líquido en el evaporador, mayor será la
presión vaporizante y menor el volumen específico en la aspiración.
Por la diferencia existente en el volumen específico en la aspiración, cada volumen
de vapor comprimido por el compresor, presenta una masa mayor de refrigerante
cuando la temperatura de aspiración es mayor, que cuando la temperatura de
aspiración es menor, o sea, por cada carrera de compresión del pistón, la masa de
refrigerante comprimida aumentará a medida que aumenta la temperatura de
aspiración.
Cuando aumenta la temperatura de vaporización permaneciendo constante la
temperatura de condensación, la relación de compresión disminuye y se mejora el
rendimiento volumétrico, por tanto con una aspiración a temperatura elevada,
además de comprimir una gran masa de refrigerante por unidad de volumen, ese
volumen de vapor comprimido por el compresor, se aumenta debido a que se mejora
el rendimiento volumétrico.
Según la temperatura de evaporación a la que tiene que trabajar la instalación,
requiere que el compresor sea de: Alta Temperatura, Media Temperatura y Baja
Temperatura
Puede resultar peligroso emplear un compresor de alta temperatura con una
temperatura de evaporación baja, ya que el funcionamiento en esas condiciones
correrá el riesgo del insuficiente enfriamiento del motor eléctrico por los vapores fríos
aspirados, dando como resultado el anormal y peligroso calentamiento del motor a
pesar de la débil intensidad absorbida, intensidad que será excesivamente baja para
que accione el protector térmico.
A la inversa, el empleo de un compresor de baja temperatura en alta temperatura de
evaporación motivará a causa de ser insuficiente el motor, una sobrecarga del mismo
con el resultado inmediato de un calentamiento anormal que provocará la acción
intempestiva del protector térmico.
8

PARA REFRIGERACIÓN
MARCO CONTEXTUAL
El único modo de comprender la información siguiente es presentarla tras haber visto
los fundamentos teóricos del ciclo de refrigeración, conocer los aparatos de medida
que permiten concretar el estado de las magnitudes físicas de los fluidos en distintos
puntos del ciclo y aprender todos los elementos que componen una instalación
frigorífica.
El buen funcionamiento de la instalación responde a una serie de criterios o
magnitudes físicas que se mantienen a lo largo del tiempo. Estos criterios se
resumen en la siguiente lista:
Temperatura alcanzada y mantenida en el recinto refrigerado.
Temperatura de vaporización dentro del rango de diseño.
Temperatura de condensación dentro del rango de diseño.
Presión de descarga dentro del rango de diseño.
Subenfriamiento normal en el condensador.
Recalentamiento normal en el evaporador.
Diferencias de temperaturas normales en los intercambiadores.
Potencia absorbida por el compresor dentro de los rangos de diseño.
Ningún ruido sospechoso ni vibraciones anormales.
Color del aceite y nivel normales.
Ninguna traza de grasa en el exterior del circuito.
Los otros criterios de buen funcionamiento son los ajustes correctos de los
órganos de seguridad:
Presostato de alta presión.
Presostato de baja presión.
Presostato de aceite (eventual).
Termostato de desescarche.
Relé térmico de protección de los motores.
Temporizador anti-ciclos cortos.
Las reclamaciones que suelen producirse por un mal funcionamiento de un sistema
de refrigeración se engloban en la relación mostrada a continuación:
• El compresor no arranca.
• El compresor enfría pero con ciclos de funcionamiento muy largos.
• Funcionamiento en continuo del compresor sin que se enfríe el ambiente.
• El compresor realiza ciclos de funcionamiento muy cortos.
• Temperatura demasiado baja en el recinto refrigerado.
• Elevado consumo eléctrico en relación con la potencia cedida al ambiente.
9

PARA REFRIGERACIÓN
• Se escarcha la línea de aspiración.
• La protección contra sobre corrientes salta con asiduidad.
• Ruidos.
La mayor parte de las averías que se producen en un sistema frigorífico afectan a la
presión en el lado de baja o de alta y, consecuentemente, a su temperatura.
Es por ello muy importante el conocimiento en todo momento de las presiones a las
que está trabajando la instalación y su relación con dichas magnitudes de diseño. La
presencia de manómetros en los lados de alta y baja presión del compresor es más
que recomendable.
También es necesario poseer en las instalaciones termómetros que permitan conocer
la temperatura del local o materia refrigerada. Todos los elementos de medida deben
ser de confianza y para ello los aparatos deben ser calibrados periódicamente.
La medida de las distintas magnitudes y características físicas fundamentales de un
sistema frigorífico revelan la existencia de problemas y apuntan a los posibles
causantes de los mismos.
En ocasiones, con la experiencia que aporta el trabajo en instalaciones de
refrigeración y en el caso de las averías más frecuentes, es suficiente con los
sentidos para apreciar la presencia de problemas.
Los principales puntos a controlar son:
• Temperatura del evaporador. El evaporador no suele ser accesible, el
modo de conocer aproximadamente la temperatura de evaporación es
acercando un termómetro a su superficie. La temperatura así tomada no
suele diferir más de +5ºC con la temperatura interior.
• Presión de aspiración. El compresor suele estar dotado de manómetros o
tomas de presión para poder tener la presión de aspiración en cualquier
momento. Con dicha presión se puede conocer la temperatura del
evaporador (teniendo en cuenta la pérdida de presión que ocurre en el tramo
de tubería que une ambos elementos).
• Temperatura de la cámara o espacio refrigerado.
• Presión de alta. Al igual que en el caso de la presión de aspiración, la
instalación suele estar dotada de manómetros o tomas de presión en las que
introducir el manómetro portátil, y con los que se puede conocer la presión a
la salida del compresor.
• Temperaturas de las líneas de aspiración y líquido. Con la temperatura
de la línea de líquido se controla el estado de dicha sustancia en dicho punto.
En condiciones de funcionamiento normal la temperatura de la línea será un
10

PARA REFRIGERACIÓN
poco superior a la temperatura del aire o agua de refrigeración. Si la
temperatura es muy superior, la línea presenta más gas del debido y es señal
de falta de refrigerante o algún otro defecto de funcionamiento. Si, por el
contrario, la temperatura es más baja, es signo de que en su interior el
refrigerante está expansionando debido a la gran pérdida de presión que
presenta el tramo (alguna obstrucción o filtros sucios).
En cuanto a la línea de aspiración, su temperatura debe ser un poco inferior
que la del ambiente refrigerado. A medida que aumenta dicha diferencia de
temperaturas significa que hay más cantidad de refrigerante en el circuito o
que está entrando refrigerante líquido a través de ella (funcionamiento
defectuoso de la válvula de expansión)
• Ruido de la válvula de expansión. Su funcionamiento suele ser silencioso,
sintiéndose ligeramente el fluir del líquido a su través. Si aparece un silbido
está provocado por el paso de refrigerante en estado gaseoso.
• Tiempo de funcionamiento. En los sistemas automáticos, ciclos de
funcionamiento muy cortos o muy largos son prueba de mal funcionamiento
de alguna de las partes de la instalación o algún problema en el ambiente
refrigerado (falta de aislamiento, exceso de carga térmica, etc.), y es por ello
interesante el tomar y conocer los tiempos de funcionamiento del compresor
y compararlos con los de diseño. Hay que tener en cuenta que depende de
gran cantidad de factores y es inevitable un rango de tiempos de
funcionamiento bastante extenso.
• Ruidos. La presencia de ruidos extraños también denota la existencia de
averías. Hay que concretar al máximo el tipo de ruido del que se trata
(golpeteo, vibraciones, silbidos, etc.) y su procedencia para averiguar la
causa de la avería y proceder a su reparación.
11

PARA REFRIGERACIÓN
MARCO TEÓRICO
1.0 EL CICLO MECÁNICO DE REFRIGERACIÓN
La refrigeración continua puede lograrse por diferentes procesos. En la gran
mayoría de las aplicaciones y casi exclusivamente en las de pequeño caballaje, el
sistema de compresión de vapor, comúnmente llamado ciclo básico de compresión
se usa para el proceso de refrigeración.
Sin embargo, se han usado exitosamente sistemas de absorción en diversas
aplicaciones.
En equipo mayor se emplean los sistemas centrífugos, que son básicamente una
adaptación del ciclo de compresión.
1.1 EL CICLO MECÁNICO DE REFRIGERACIÓN DE REFRIGERACION.
Existen dos presiones en el sistema de compresión aparte de la de evaporación o
baja presión y la de condensación o alta presión.
El refrigerante actúa como medio de transporte para mover el calor del evaporador al
condensador donde es despedido a la atmósfera, o en casos de sistemas enfriados
por agua, al agua de enfriamiento. Un cambio de estado del líquido a vapor y
viceversa permite al refrigerante absorber y descargar grandes cantidades de calor
en forma eficiente.
El ciclo básico opera de la siguiente forma: el refrigerante líquido de altas presiones
es alimentado del recibidor a través de la tubería del líquido, pasando por un filtro
secador al instrumento de control que separa el lado de alta presión del sistema del
lado de baja presión. Existen varios instrumento de control que pueden emplearse,
pero en esta ilustración consideremos únicamente la válvula de expansión.
La válvula de expansión controla la alimentación de un refrigerante líquido al
evaporador, y por medio de un pequeño orificio reduce la presión del refrigerante a la
de evaporación o de baja presión.
La reducción de presión en el refrigerante líquido provoca que este hierva o se
vaporice hasta que el refrigerante alcanza la temperatura de saturación
correspondiente a la de su presión. Conforme el refrigerante de baja temperatura
pasa a través del evaporador, el calor fluye a través de las tuberías del evaporador
hacia el refrigerante, haciendo que la acción de ebullición continué hasta que el
refrigerante se encuentra totalmente vaporizado.
La válvula de expansión regula el flujo a través del evaporador conforme sea
necesario para mantener una diferencia de temperatura determinada a cierto
sobrecalentamiento deseado entre la temperatura de evaporación y el vapor que sale
12

PARA REFRIGERACIÓN
del evaporador. Conforme la temperatura del gas que sale del evaporador varía, el
bulbo de la válvula de expansión registra esta variación y actúa para modular la
alimentación a través de la válvula de expansión para adaptarse a las nuevas
necesidades.
El vapor refrigerante que sale del evaporador viaja a través de la línea de succión
hacia la entrada del compresor. El compresor toma el vapor a baja presión y lo
comprime aumentando tanto su presión como su temperatura. El vapor caliente y a
alta presión es bombeado fuera del compresor a través de la válvula de descarga
hacia el condensador. Conforme pasa a través del condensador, el gas de alta
presión es enfriado por algún medio externo. En sistemas enfriados por aire se usa
generalmente un intercambiador de calor de refrigerante a agua. Conforme la
temperatura del vapor refrigerante alcanza la temperatura de saturación
correspondiente a la alta presión del condensador, el vapor se condensa y fluye al
recibido, repitiéndose nuevamente al ciclo.
El proceso de refrigeración es continuo siempre y cuando funcione el compresor.
FIG 1.1: CICLO MECÁNICO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN.
13

PARA REFRIGERACIÓN
1.1.1. CALOR DE COMPRESION
Cuando se comprime el gas refrigerante en un cilindro de compresor, se aumenta la
presión y se reduce el volumen. El cambio en presión y en volumen tiende a
mantenerse en equilibrio con la ley del gas perfecto, por lo tanto este cambio no
afecta gravemente la temperatura del gas refrigerante; pero se requiere energía y
trabajo para comprimir el gas refrigerante, y siguiendo la primera ley de la
termodinámica esta energía no puede ser destruida por lo tanto, toda la energía
mecánica necesaria para comprimir el gas es transformada en energía de calor. Con
excepción de una pequeña fracción de calor total despedido por el cuerpo del
compresor, toda esta energía es transferida al gas refrigerante.
Esto da lugar a un rápido aumento en la temperatura del gas comprimido causando
que las válvulas de descarga del compresor siempre se encuentren sometidas a las
temperaturas más altas existentes en el sistema. El calor de compresión se define
como el calor agregado al gas refrigerante que resulta de la energía y el trabajo
usado en el compresor.
El calor que debe desechar al condensador, se llama calor de rechazo y consiste en
el total de calor absorbido por el refrigerante por el evaporador, en el compresor y en
cualquier calor agregado en el sistema debido a ineficiencias del motor (éste último
aplicable únicamente a compresores herméticos y semiherméticos).
Para moto compresores herméticos y semiherméticos, el calor de rechazo además
del que produce la carga de refrigeración, puede calcularse aproximadamente por el
calor equivalente a la electricidad que consume el compresor.
1.2 EFICIENCIA VOLUMETRICA DEL COMPRESOR.
La eficiencia volumétrica se define como la relación del volumen real del gas
refrigerante bombeado por el compresor al volumen desplazado por los pistones del
compresor. La eficiencia de un compresor puede variar en una gran escala
dependiendo del compresor y del índice de compresión. El índice de compresión es
la relación que existe entre la presión de entrada al compresor y la presión de salida.
Este índice de compresión es mejor conocido como la relación de compresión.
Hay dos factores fundamentales que afectan la eficiencia del compresor con un
aumento considerable del índice de compresión.
a) Existe en la parte superior del cilindro, un espacio de tolerancia en el cual
el gas que durante la compresión ahí se aloja, no es bombeado; por lo
que, entre mayor sea el índice de compresión más denso se hará el gas
que ahí se aloja y ocupara mayor volumen en el cilindro durante la carrera
de descarga del pistón, evitando así la succión total del gas que el cilindro
puede aceptar.
14

PARA REFRIGERACIÓN
b) A mayor índice de compresión mayor será el calor que se produzca durante
la presión, efectuándose un aumento de temperatura en los cilindros y en la
cabeza del compresor; de ahí que el gas proveniente del evaporador que
entra a los cilindros en la carrera de succión, sea calentado por las
paredes internas de dichos cilindros, provocando la expansión del gas y
reduciéndose el volumen del gas de entrada a los cilindros del
compresor.
FIG 1.2: CURVAS DE EFICIENCIA VOLUMÉTRICA.
Los compresores de aire acondicionado están generalmente diseñados con más
tolerancia de volumen, por lo tanto, la eficiencia baja mucho más rápidamente con un
aumento en el índice de compresión, mientras que la eficiencia volumétrica en cada
paso de un compresor de doble paso es similar a las curvas típicas de un compresor
de doble paso tiene una eficiencia relativamente con un limité bastante amplio del
índice de compresión.
Puesto que el uso de un subenfriador de liquido con un compresor de doble paso
puede aumentar la capacidad enormemente, se ha agregado una línea punteada
a la figura No. 2 con el objeto de hacer comparaciones.
15

PARA REFRIGERACIÓN
1.3 EFECTOS NOCIVOS DEBIDO A VARIACIONES DE OPERACIÓN
1.3.1. EFECTOS DE LOS CAMBIOS EN LA PRESIÓN DE SUCCION
El volumen especifico del gas de retorno al compresor aumenta si se mantiene
constantes todos los factores al reducirse la presión de succión. La capacidad de
bombero de un compresor se determina por su velocidad y su desplazamiento. La
reducción de densidad del gas de succión reduce el peso del refrigerante
bombeado, con la consecuente perdida de capacidad del compresor.
Esta pérdida de capacidad con la reducción de la presión de succión, es
extremadamente rápida con la desventaja de que la energía eléctrica en kilo-
calorías/Watt que requiere un compresor para realizar su trabajo, no se reduce en
la misma proporción.
Por lo tanto, para obtener la mayor capacidad y la mayor economía de operación,
es de gran importancia que el sistema de refrigeración opere a las presiones de
succión más altas posibles.
1.3.2. EFECTOS DELOS CAMBIOS EN LA PRESIÓN DE DESCARGA
Un aumento en la presión de condensación comúnmente llamada presión de
descarga, provoca un aumento en el índice de compresión, con la consecuente
perdida de eficiencia volumétrica. Aun cuando la pérdida de capacidad no es tan
grande como la perdida causada por una disminución en la presión de succión
equivalente, será de todas maneras bastante perjudicial.
Para economía de operación y para obtener mayor capacidad, la presión de
descarga debe mantenerse tan baja como sea posible.
1.3.3. EFECTOS DE SUBENFRIAMIENTO DEL REFRIGERANTE LÍQUIDO
MEDIANTE AGUA O AIRE
Cuando el refrigerante líquido caliente y a alta presión alimenta al evaporador a
través de la válvula de expansión, el refrigerante debe en primer lugar reducirse a
la temperatura de evaporación en el evaporador antes de que pueda empezar a
absorber calor. Esto es realizado por una ebullición casi instantánea del liquido
refrigerante, y el calor latente de evaporación necesario en el cambio de estado
absorberá el calor del líquido refrigerante restante.
El refrigerante evaporado ya no puede producir ninguna refrigeración adicional y
en realidad la capacidad refrigerativa del refrigerante ha sido disminuida por el calor
absorbido al bajar la temperatura del líquido.
Si una porción de este calor pudiera extraerse del líquido antes de su entrada al
evaporador, podría aumentarse la capacidad del sistema.
16

PARA REFRIGERACIÓN
Esto puede lograrse subenfriado el refrigerante líquido después de la
condensación por agua o por aire. Si las temperaturas de condensación son
relativamente altas, pueden obtenerse fácilmente aumentos de capacidad del 5% al
15%. Puesto que no se requiere ninguna fuerza para mover el agente de
enfriamiento, el subenfriamiento del líquido puede proporcionar grandes ahorros en
el costo de operación.
1.3.4. EFECTOS DE SUBENFRIAMIENTO DEL RERFRIGERANTE LÍQUIDO
MEDIANTE VAPOR SOBRECALENTADO
Frecuentemente se usa un intercambiador de calor de gas de succión a
refrigerante líquido debido a las siguientes razones:
1) Para aumentar la temperatura del gas de succión que regresa al
compresor evitar la formación de la escarcha y la condensación en la
línea de succión.
2) Para subenfriar el refrigerante líquido lo suficiente para compensar
cualquier perdida de presión que pueda ocurrir en la línea de líquido, y
evitar la formación de gases en la misma línea de líquido.
3) Para proveer una fuente de calor que evapore cualquier refrigerante
líquido que pueda a ver pasado del evaporador, evitando por lo tanto el
retorno del refrigerante líquido al cárter.
4) Para aumentar la capacidad total del sistema.
Como se indica en la sección anterior el subenfriamiento del refrigerante líquido
aumenta la capacidad de refrigeración por kilo de refrigerante circulado si no hay
transferencias de calor del espacio no refrigerado a la línea de succión. Si se coloca
un intercambiador de calor entre de calor entre la línea de líquido y la línea de
succión, aumentará teóricamente un poco la capacidad del sistema (en R-12 el
aumento es significativo) puesto que el calor transferido del refrigerante líquido al
vapor del refrigerante es mayor que la pérdida de capacidad en el compresor, como
resultado del aumento de volumen especifico del vapor.
Como un hecho practico, puede haber un aumento substancial en la capacidad de
todos los refrigerantes. En la mayoría de los casos, la línea de succión no esta
aislada y la mayor parte del sobrecalentamiento en el gas de succión es causado
por el aire ambiente. Si se aísla bien la línea de succión, el gas frío que circula por
ésta podrá ser usado para subenfriar el refrigerante líquido de la línea de entrada
al evaporador y las pérdidas serán mínimas por la disminución en la transmisión
de calor.
17

PARA REFRIGERACIÓN
1.3.5. EFECTOS DEL SOBRECALENTADO DE VAPOR QUE SALE DEL
EVAPORADOR
Es esencial que la temperatura del gas que regresa al compresor esté a una
temperatura mínima de 15 F arriba de la temperatura de evaporación, para evitar
el acarreo de refrigerante líquido al compresor. Si se agrega este calor al vapor
dentro del espacio refrigerado, el calor absorbido aumenta l capacidad de
refrigeración mientras que el aumento en volumen especifico del gas reduce la
capacidad del compresor. Estos dos factores tienden a cancelarse el uno al otro,
con efectos casi nulos en la capacidad.
El calor que entra al refrigerante proveniente del aire ambiente exterior a través
de la línea de succión da como resultado una pérdida de la capacidad beta del
sistema. Puesto que tales pérdidas pueden ser hasta de 10% a 15%, el
aislamiento de la línea de succión puede ser una buena inversión para evitar que
la temperatura del gas de retorno se eleve demasiado.
1.3.6. EFECTOS DE LAS PÉRDIDAS DE PRESIÓN EN LA LINEA DE
DESCARGA Y EN EL CONDENSADOR
La perdida de presión causada por la fricción conforme el gas refrigerante fluye a
través de la línea de descarga y el condensador, reduce la capacidad del
compresor, debido a las más altas presiones de descarga que resultan y a la más
baja eficiencia volumétrica. Puesto que la temperatura de condensación no es muy
afectada, las pérdidas de presión de 0.532 kg/Cm2
(5 PSIG) tienen muy poco efecto
en la capacidad del sistema.
Sin embargo, el consumo de electricidad del compresor aumentara debido al
aumento en la presión de descarga, y para la mejor economía de operación
deben evitarse las presiones excesivamente altas en las línea de descarga.
1.3.7. EFECTOS DE LAS PERDIDAS DE PRESIÓN EN LA LINEA DE LÍQUIDO
Si la presión de un refrigerante líquido cae debajo de su temperatura de
saturación, una porción del líquido se transformara en vapor para enfriar el resto
del refrigerante líquido a la nueva temperatura de saturación. Esto puede ocurrir en
una línea de líquido si la presión cae lo suficiente, debido a la fricción, o aun en la
subida vertical. Si el líquido se evapora, la alimentación a través de la válvula de
expansión puede ser inadecuada para la demanda del evaporador.
El hecho de subenfriar el refrigerante líquido después de la condensación, en una
cantidad suficiente para compensar las perdidas de presión, asegurara un flujo
normal de refrigerante líquido únicamente en la válvula de expansión. A 49C
(120F) de temperatura de condensación, un subenfriamiento de 5.6C (10F)
protegerá contra la evaporación que causan las siguientes pérdidas de presión:
R-12 0.162 Kg./Cm2
(2.3 PSI)
R-22 2.383 Kg./Cm2
(33.9 PSI)
R-50 2.426 Kg./Cm2
(34.5 PSI)
18

PARA REFRIGERACIÓN
Los refrigerantes 12, 22 y 502 son ligeramente más pesados que el agua, y una
altura de 10 metros de refrigerante líquido equivale a 1 Kg/Cm2
. Por lo tanto, si un
condensador o un recibidor se encuentra en el sótano de un edificio de 6 metros
alimentando con refrigerante líquido a un evaporador en la azotea, debe
considerarse en el diseño del sistema una perdida de presión de aproximadamente
0.6 Kg/Cm2
, causada por la diferencia de elevaciones. En el mismo edificio, la
pérdida de presión sería de 10 PSI, ya que 6 metros equivalen a 20 pies y 2 pies
de refrigerante líquido son aproximadamente igual a 1 PSI.
Temp. De
Evaporación
Caída de presión
En la línea
Presión en el
compresor
Capacidad
C F Kg./Cm2
PSI Kg./Cm2
PSI KCal/Hr BTU/hr
-23
-23
-23
-23
-10
-10
-10
-10
.07
.141
.211
.281
1
2
3
4
.246
.176
.105
.035
3.5
2.5
1.5
0.5
8,165
7,585
7,005
6,450
32,400
30,100
27,800
25,600
1.3.8. EFECTOS DE LAS PERDIDAS DE PRESION EN EL EVAPORADOR
Las perdidas de presión que ocurren en el evaporador debido a la fracción del
fluido, hacen que la presión en la salida de éste sea inferior a la presión del
refrigerante a la entrada de dicho evaporador. Para un serpentín y una carga
dada, la temperatura promedio para el refrigerante es fija. Entre más grande sea la
pérdida de presión en el evaporador, mayor será la diferencia de presiones entre
el refrigerante de entrada del evaporador y el refrigerante de salida de dicho
evaporador.
Conforme se reduce la presión de succión a la salida del evaporador, aumenta el
volumen especifico del gas que regresa al compresor, y desciende el paso del
refrigerante bombeado por el compresor. Por lo tanto la pérdidas de presión en el
evaporador causa una reducción de capacidad en el sistema y es importante que
se calcule correctamente el evaporador para que no existan pérdidas de presión
anormalmente grandes.
1.3.9. EFECTOS DE LAS PERDIDAS DE PRESIÓN EN LA LINEA DE SUCCIÓN
Los efectos de la pérdida de presión en la línea de succión son similares a las
pérdidas de presión en el evaporador. Ya que la pérdida de presión en la línea
de succión no provoca un correspondiente descenso en la temperatura de
evaporación del refrigerante, la pérdida de presión en la línea de succión puede
ser muy perjudicial a la capacidad del sistema. Las líneas de succión deben
calcularse o para evitar excesivas pérdidas de presión.
19

PARA REFRIGERACIÓN
1.4. SISTEMAS DE COMPRESIÓN PARA REFRIGERACIÓN
1.4.1. SISTEMAS DE DOBLE ETAPA
Conforme aumenta el índice de compresión, se reduce la eficiencia volumétrica del
compresor y aumenta el calor de compresión. Para aplicaciones a baja
temperatura, la perdida de eficiencia y las temperaturas de descarga
excesivamente altas se convierten en factores críticos por lo que -40C es la
temperatura de evaporación más baja recomendada para los compresores que
trabajen en el ciclo de compresión de una sola etapa.
Para poder aumentar la eficiencia de operación en bajas temperaturas, la
compresión puede realizarse en dos pasos o etapas. Para la operación en dos
etapas, el índice de compresión de cada etapa será igual a la raíz cuadrada del
índice de compresión total (aproximadamente ¼ del total del índice de compresión
para el limite normal de operación en compresores de dos pasos), por lo que cada
etapa de compresión tendrá entonces un índice de compresión mucho mas bajo y la
eficiencia del compresor aumentara grandemente. La temperatura del vapor
refrigerante que sale de la primera etapa o que entra a la segunda, debe ser bien
elegida, debido a que el calor de compresión puede causar el sobrecalentamiento
de los pistones y las válvulas de la segunda etapa. Para evitar daños al compresor
debe inyectarse refrigerante líquido entre las dos etapas para enfriar
correctamente el compresor.
La compresión en dos etapas puede lograrse con el uso de dos compresores,
conectando la descarga de uno de ellos con la succión del segundo; sin embargo;
dada la dificultada de mantener los niveles correctos de aceite en ambos cárters es
mas recomendable usar un compresor con cilindros múltiples. Un compresor de
doble paso está diseñado para que el gas de succión sea aspirado directamente
hacia los cilindros del primer paso y después descargado al cilindro o cilindros del
segundo paso. En algunas marcas comerciales de compresores de doble paso, la
proporción de desplazamiento del primer paso al segundo es de 2 a 1. El mayor
volumen de los cilindros del primer paso es necesario por la diferencia en volumen
especifico entre el gas de baja presión de entrada al primer paso, y la presión más
o menos alta de entrada al segundo paso.
Las figuras 1.3 Y 1.4 ilustran un compresor típico de dos etapas aplicando a una
instalación de baja temperatura. La refrigeración de dos etapas es efectiva hasta
temperaturas de –62 C (-80 F a -90F). Debajo de estas temperaturas, la
eficiencia decae rápidamente.
20

PARA REFRIGERACIÓN
FIG 1.3: SISTEMA DE COMPRESIÓN SIN SUBENFRIADOR DE LÍQUIDO
1) Compresor
2) Separador de Aceite
3) Ensamble Condensador
4) Visor de Aceite
5) Válvula Termostática de Expansión
5 a) Bulbo Sensor de la Válvula
de Expansión
5 b) Igualador Externo de la
Válvula de Expansión
6) Evaporador
7) Acumulador de la Línea de Succión
8) Filtro de línea de la Succión
9) Válvula Solenoide
10) Válvula de Presión
11) Conexión de Baja Presión
12) Conexión de Presión de Entre Capas
13) Conexión de Alta Presión
14) Control de seguridad de la Presión
15) Línea de Descarga
16) Línea de Retorno de Aceite
17) Subenfriador de Líquido
L) Primera Etapa
H) Segunda Etapa
21

PARA REFRIGERACIÓN
FIG 1.4: SISTEMA DE COMPRESIÓN CON SUBENFRIADDOR DE LÍQUIDO.
1.4.2. SISTEMAS DE TIPO CASCADA
Para poder operar satisfactoriamente a temperaturas de evaporación bajas y para
aumentar la flexibilidad del sistema diseñado, puede emplearse refrigeración de
paso múltiple, usando sistemas separados con el evaporador de un sistema
empleado como condensador del segundo, por medio de un intercambiador de
calor. Este tipo de diseño se llama sistema tipo cascada y permite el uso de
diversos refrigerantes en los diferentes sistemas.
Pueden usarse refrigerantes con característica y presiones apropiadas para
trabajos a temperaturas ultra bajas en la primera etapa del sistema y sistemas
tipo cascada múltiples de 2, 3 o más etapas que hacen posible la refrigeración a
casi cualquier temperatura de evaporación deseada.
Los sistemas tipo cascada compuestos tanto de compresores de un paso como
de compresores de doble paso pueden ser altamente eficientes.
22

PARA REFRIGERACIÓN
2.0 COMPRESORES RECIPROCANTRES
El compresor tiene dos funciones en el ciclo de refrigeración por compresión. En
primer lugar succiona el 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
suficiente mente alto, de modo que la temperatura de saturación sea superior a la
temperatura del medio enfriaste 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 inmensa mayoría de compresoras
utilizadas en tamaños de menor caballaje para alas aplicaciones comerciales,
domesticas e industriales son reciprocantes; este manual abarcara únicamente
compresores reciprocantes.
El diseño del compresor reciprocante es algo 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 de descarga.
FIG 2.1: PARTES DESMONTADAS DE UN MOTOCOMPRESOR
SEMIEHERMÉTICO COMERCIAL TÍPICO
23

PARA REFRIGERACIÓN
Puesto 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.
Otras ventajas son: su adaptabilidad a diferentes refrigerantes, la facilidad con la que
permite el desplazamiento del liquido a través de tuberías dada la elevada presión
creada por el compresor, su durabilidad, la sencillez de su diseño y un costo
relativamente bajo.
2. A. COMPRESORES DE TIPO ABIERTO
Los primeros modelos de compresores de refrigeración fueron de los llamados de
tipo abierto, con los pistones y cilindros sellados en el interior de un cárter y un
cigüeñal extendiéndose a través del cuerpo hacia fuera para ser accionado por
alguna fuerza estable. Un sello entorno al cigüeñal evita la perdida de refrigerante y
de aceite del compresor.
Aunque en un tiempo los compresores de tipo abierto fueron ampliamente utilizados,
estos tienen muchas desventajas inherentes, tales como mayor peso, vulnerabilidad
a fallas de los sellos, difícil alineación del cigüeñal, ruido excesivo y corta vida de las
bandas a componentes de acción directa. De ello resulta que, en la mayoría de
aplicaciones, el compresor de tipo abierto ha sido reemplazado por el motocompresor
de tipo semiehermético y hermético y el empleo de compresores de tipo abierto
continua disminuyendo excepto para aplicaciones especiales como el
acondicionamiento de aire para automóviles.
2. B. MOTOCOMPRESORES SEMIHERMÉTICOS
El motocompresor semihermético fue iniciado por la Compañía Copeland y es
utilizado ampliamente. El compresor es accionado por un motor eléctrico montado
directamente en el cigüeñal del compresor con todas sus partes, como del motor
como del compresor, herméticamente sellados en el interior de la 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 del cárter son
desmontables permitiendo el acceso para sencillas reparaciones en el caso de que
se deteriore el compresor.
24

PARA REFRIGERACIÓN
2. C. MOTO COMPRESOR HERMÉTICO
El moto compresor hermético ha sido 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 motor eléctrico se encuentra montado directamente en el
cigüeñal del compresor pero el cuerpo es una carcasa metálica hermética sellada
con soldadura. En este tipo de compresores no pueden llevarse a cabo
reparaciones interiores puesto que la única manera de abrirlos es cortar la
carcasa del compresor.
FIG 2.2: COMPRESOR SEMI-HERMÉTICO FIG 2.3: COMPRESOR HERMÉTICO
2.1. VELOCIDAD DEL COMPRESOR
Los primeros modelos de compresores se diseñaron para funcionar a una
velocidad relativamente reducida, bastante inferiores a 1.000 r.p.m. Para utilizar
los motores eléctricos estándar de 4 polos se introdujo el funcionamiento de los
moto compresores herméticos y semiherméticos a 1.750 r.p.m. (1.450 r.p.m. en 50
ciclos). La demanda en aumento de equipo de acondicionamiento de aire más
compacto y de peso mas ligero ha forzado el desarrollo de moto compresores
herméticos con motores de 2 polos que funcionan a 3.500 r.p.m. (2.900 r.p.m. 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 domestica el suministro de energía eléctrica
existente de 60 ciclos limita generalmente la velocidad de los compresores a la
actualmente disponible de 1.750 y 3.500 r.p.m.
Velocidades superiores producen problemas de lubricación y duración, y estas
factores así como el costo, tamaño y peso deben ser considerados en el diseño y
aplicación del compresor.
25

PARA REFRIGERACIÓN
2.2. FUNCIONAMIENTO BASICO DEL COMPRESOR
En la figura No. 2.4 se representa una vista en sección de un moto compresor
comercial típico. A continuación se ofrece una somera descripción de su
funcionamiento.
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 la 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
las válvulas de succión. La presión en el cilindro continúa elevándose a medida
que el pistón se desplaza hacia arriba comprimiendo el vapor atrapado en el
cilindro.
Una vez que la presión en el cilindro excede 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 las válvulas de descarga, dada la elevada presión del condensador
y del conducto de descarga, y se repite el ciclo.
FIG 2.4: SECCIONAMIENTO COMPRESOR TIPICO.
26

PARA REFRIGERACIÓN
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 1.750 r.p.m.
tienen lugar 1.750 ciclos completos de presión y succión en cada cilindro durante
cada minuto: y en los compresores de 3.500 r.p.m., 3.500ciclos completos en cada
minuto.
2.3. VÁLVULAS DE SUCCIÓN Y DE DESCARGA
Puesto que las partes del compresor que más comúnmente requieren servicio son
las válvulas de succión y de descarga, en los compresores para refrigeración están
montadas en un plato de válvulas que puede ser sacado para su reparación. En la
figura No. 2.5 se representan los platos de válvulas típicos.
La mayoría de las válvulas del compresor reciprocante son de tipo de lengüeta y
deben asentar adecuadamente para evitar fugas.
El más pequeño fragmento de materia extraña o corrosión bajo la válvula producirá
fugas y deberá tenerse el máximo cuidado para proteger el compresor contra
contaminación.
FIG 2.5: DIVERSOS TIPOS DE VÁLVULAS
27

PARA REFRIGERACIÓN
2.4. DESPLAZAMIENTO DEL COMPRESOR
El desplazamiento de un compresor recíprocamente es el volumen desplazado por
los pistones. Algunos fabricantes publican el desplazamiento de sus compresores
en metros cúbicos por hora y pies cúbicos por hora, pero otros fabricantes lo
hacen en pulgadas cubicas por revolución o en pies cúbicos por minuto.
Para fines comparativos de desplazamiento del compresor puede calcularse
mediante las fórmulas siguientes:
2.4. A. DESPLAZAMIENTO (sistema métrico)
1,000,000x4
NxRPMxLDx 2
x
MCM


1,000,000x4
60xNxRPMxLDx 2
x
MCH


4
NxLDx 2
x
MCM


MCM = Metros cúbicos por hora
MCH = Metros cúbicos por minuto
D = Diámetro cilindro (centímetros)
Cm3
/rev = Centímetros Cúbicos
por revolución
 = 3.1416
L = Largo carrera (centímetros)
N = Números de cilindros
RPM =Revoluciones por minuto
1000 = Centímetros cúbicos
FACTORES DE CONVERSIÓN:
VELOCIDAD =
MCH =
MCH =
MCH =
Cm3
/Rev =
1750 RPM
60 X MCM
0.105 x Cm3
/Rev.
0.00175 x Cm3
/Rev.
9.52 x MCH
3500 RPM
60 X MCM
0.210 x Cm3
/Rev.
0.0035 Cm3
/Rev.
4.76 x MCH
28

PARA REFRIGERACIÓN
2.4. B. DESPLAZAMIENTO: (Sistema Ingles)
1728x4
NxRPMxLDx 2
x
PCM


1728x4
60xNxRPMxLDx 2
x
PCH


4
NxLDx
Pulg.3/Rev
2
x

PCM = Pies cúbicos por minuto.
PCH = pies cúbicos por hora.
Pulg.3
/Rev. = Pulgadas cúbicas de
desplazamiento por Rev.
 = 3.1416
D = Diámetro del Cilindro (pulgadas)
L = Largo de La Carrera
N = Números de Cilindros
RPM = revoluciones por minuto
1728 = pulgadas cúbicas por
pie cuadrado
FACTORES DE CONVERSIÓN:
VELOCIDAD =
PCH =
PCH =
PCM =
Pulg.3/Rev. =
1750 RPM
60 X CFM
60.78 x Pulg.3/Rev.
1.013 x Pulg.3/Rev.
.01645 x CFH
3500 RPM
60 X CFM
121.5 x Pulg.3/Rev.
2.025 x Pulg.3/Rev.
.00823 x CFH
2.5. VOLUMEN DE ESPACIO LIBRE
Tal como se ha mencionado previamente, la eficiencia volumétrica de un
compresor variara con el diseño del compresor. Si las válvulas asientan
adecuadamente, el factor mas importante que afecta a la eficacia del compresor es
el volumen del espacio libre.
Una vez completada la carrera de compresión todavía queda 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 las válvulas de descarga, puesto que
éstos se encuentran en la parte superior del plato. Este espacio residual que no es
desalojado por el pistón al fin de su carrera se denomina volumen de espacio
libre y permanece lleno con gas comprimido y caliente al final de la carrera de
compresión.
29

PARA REFRIGERACIÓN
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 él se reduzca a un
valor menor que el de la línea de succión. Así pues, 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.
Con presiones de succión altas, la relación de compresión disminuye y el volumen
de espacio libre no resulta crítico desde un punto de vista de capacidad. Un
volumen de espacio libre adicional es asimismo favorable para reducir el nivel de
residuos del compresor. Considerando que las bajas velocidades de gas a través
de los orificios de descarga reducen el desgaste y la energía de funcionamiento en
los compresores de accionamiento de aire, los platos de válvulas se diseñan con
un volumen de espacio libre y amplio aumentando el diámetro de los orificios de
descarga.
En aplicaciones de baja temperatura resulta frecuentemente necesario reducir el
volumen de espacio libre para obtener la capacidad deseada. En los compresores
de baja temperatura se utilizan platos de válvulas especiales con orificios de
descarga menores que reducen el volumen de espacio libre.
2.6. LUBRICACIÓN
Siempre debe mantenerse un adecuado suministro de aceite en el cárter para
asegurar una continua lubricación. El nivel de aceite normal deberá mantenerse
en el centro del vidrio visor o ligeramente arriba.
En los compresores de 5 HP y mayores, y en los modelos “NR” de 3 HP, la
lubricación del compresor se efectúa por medio de una bomba de aceite de
desplazamiento positivo. La bomba está montada junto al cojinete y es accionada
por el cigüeñal mediante una ranura en la que encaja el extremo plano de la
flecha de la bomba.
El aceite es forzado a través de un orificio del cigüeñal a los cojinetes del
compresor y bielas. Una válvula de alivio de balín y resorte sirve como dispositivo
de descarga de presión permitiendo que el aceite pase directamente al cárter si
su presión es mayor que la del ajuste de esta válvula.
Puesto que la succión de la bomba de aceite está conectada directamente al
cárter del compresor, la presión de entrada a la bomba será siempre la del cárter
y la presión de salida será la suma de la presión del cárter más la presión de la
bomba de aceite. Por consiguiente, la presión neta de la bomba será la presión de
salida de la bomba menos la presión del cárter. Cuando el compresor funciona
con la presión de succión en vacío, la presión del cárter es negativa y debe ser
añadida ala presión de salida de la bomba para determinar ala presión neta de
esta.
30

PARA REFRIGERACIÓN
Un manómetro compuesto típico está calibrado en milímetros de mercurio
(pulgadas de mercurio), y un milímetro de mercurio es aproximadamente .00136
kilos/cm2
de presión (2” de mercurio son aproximadamente una libra /pulg2
).
Por ejemplo:
EN EL SISTEMA METRICO:
Presión Cárter Presión Descarga Bomba
Aceite
Presión Neta Bomba
Aceite
3.52 Kg./cm2
6.33 Kg./cm2
2.81 Kg./cm2
203 mm. vacío 2.53 Kg./cm2
2.81 Kg./cm2
203 mm.de vacío = -.20Kg./Cm
2
EN EL SISTEMA INGLES:
Presión Cárter Presión Descarga Bomba
Aceite
Presión Neta Bomba
Aceite
50 PSIG 90 PSIG 40 PSI
8” Vacío 36 PSIG 40 PSI
8” Vacío = 4 PSIG
En el funcionamiento normal, la presión neta del aceite variara según el tamaño
del compresor, la temperatura y viscosidad del aceite y la cantidad de espacio
libre en los cojinetes del compresor. Se consideran normales presiones netas del
aceite de 2.10 a 2.80 Kg./cm2
(30 a 40 libras por pulgada cuadrada), sin embargo,
puede mantenerse una lubricación adecuada con presiones hasta de 0.7 Kg./cm2
(10 libras por pulgada cuadrada).
La válvula de control de lubricación se regula en la fabrica para evitar que la
presión neta de la bomba exceda 4.22 Kg./cm2
(60 libras por pulgada cuadrada).
La bomba de aceite puede operarse en cualquier dirección, ya que al invertir su
rotación una placa de fricción cambia de posición los puertos de entrada y salida.
Después de un funcionamiento prolongado en una dirección puede producirse en
la placa reversible algún desgaste, corrosión, formación de barniz o rebabas que
atoren e impidan la inversión de la bomba. Por consiguiente, en las instalaciones,
en donde los compresores han estado en servicio durante cierto tiempo, debe
tenerse cuidado de mantener la polaridad original del motor si por cualquier razón
se han alterado las conexiones eléctricas.
La presencia del líquido refrigerante en el cárter puede afectar mucho el
funcionamiento de la bomba de aceite. Una formación violenta de espuma en el
arranque puede motivar una perdida de aceite del cárter y por consiguiente una
perdida de presión de aceite hasta que este vuelva al cárter.
31

PARA REFRIGERACIÓN
En caso que el refrigerante líquido o una mezcla de aceite y refrigerante, rica en
refrigerante se introduzca en la bomba de aceite, el refrigerante líquido se convertirá
repentinamente en gas produciendo grandes variaciones y posiblemente una perdida
de aceite.
La presión del cárter puede variar con respecto a la presión de succión puesto que el
refrigerante líquido en el cárter lo presurizara durante cortos intervalos por lo que la
conexión de baja preció del control de seguridad de presión de aceite debe siempre
estar conectada al cárter.
Durante un rápido descenso de la temperatura de la evaporación del refrigerante, la
cantidad de este disuelto en el aceite del cárter se reducirá y puede producir gas en
la bomba de aceite durante este periodo, la bomba de aceite debe bombear tanto
este gas como el aceite y en consecuencia la presión puede disminuir
temporalmente. Esto únicamente causara que la bomba transmita menos aceite pero
mientras la presión se mantenga sobre 0.63 Kg./Cm2
(9 libras por pulgada cuadrada)
se tendrá una adecuada lubricación. Tan pronto como se alcance una condición
estable y el refrigerante líquido deje de llegar a la bomba , la presión del aceite
volverá a ser normal.
2.7. CARGA DE AIRE SECO
Los compresores son cuidadosamente deshidratados en la fábrica y 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 esta totalmente seco. Al
instalar el compresor, debe ser evacuado para eliminar esta carga de aire.
2.8 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 ser descargado directamente sobre el motocompresor. Una
extracción de aire del compartimiento en el que el compresor esta instalado no es
suficiente para enfriar el compresor en forma adecuada.
Los compresores enfriados por agua están equipados con una camisa por la que
circula el agua el agua debe fluir a través del circuito de enfriamiento cuando el
compresor esta en operación.
Los moto compresores empleados por refrigerante se diseñan de modo que el gas de
succión fluye entorno y a través de el motor para su enfriamiento. A temperatura de
evaporación por debajo de –8 °C (0°F) es necesario un enfriamiento adicional
mediante flujo de aire puesto que la densidad decreciente del gas refrigerante
traduce su propiedad de enfriamiento.
32

PARA REFRIGERACIÓN
2.9 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 en tablas, que indican la capacidad en kilocalorías por Hora
(Unidad Térmica Británica por Hora) a diversas temperaturas de succión y de
descarga. Resulta difícil establecer con precisión la capacidad de los compresores
tomando como base el desplazamiento y la relación de compresión debido a las
diferencias de diseño de cada modelo, sin embargo, ocasionalmente, estos factores
pueden ser valiosos en la estimación de funcionamiento comparativo de
compresores para una misma aplicación.
2.10 COMPRESORES DE DOS ETAPAS
Motivado por las altas relaciones de compresión encontradas en las aplicaciones de
temperatura ultrabaja, se han desarrollado los compresores de dos etapas para
aumentar la eficiencia cuando las temperaturas de evaporación se encuentran en la
gama de –35°C a –62°C (-31°F a –80°F.)
Los compresores de dos etapas se dividen internamente en baja (o primera ) y alta
(o segunda etapa). En los compresores de dos etapas, actualmente en producción, la
relación de desplazamiento de la primera etapa o de la segunda etapa es de 2 a 1.
Los modelos de tres cilindros tienen dos cilindros en la primera etapa y uno en la
segunda mientras que los modelos de 6 cilindros tienen cuatro cilindros en la
primera y dos en la segunda.
FIG 2.6: COMPRESOR TÍPICO DE DOS ETAPAS
33

PARA REFRIGERACIÓN
El gas de succión penetra en los cilindros de la primera etapa directamente de la
línea de succión y es descargado en el colector de entre-etapas a presión de
entre-etapas.
Dado que este vapor de descarga tiene una temperatura relativamente elevada, se
debe suministrar refrigerante líquido regulado al colector de entre etapas mediante la
válvula de expansión de sobrecalentamiento para proporcionar un adecuado
enfriamiento del motor y para evitar temperaturas excesivas durante la compresión
de la segunda etapa. La descarga de la primera etapa penetra en la cámara del
motor y cárter, de modo que el cárter se encuentra a presión de entre etapa.
El motor refrigerante de sobrecalentado a la presión de entre-etapas penetra en los
puertos de succión de los cilindros de la segunda etapa y luego es descargado en el
condensador a la presión de condensación.
2.11 COMPRESORES CON DESCARGADORES
Para proporcionar un medio para cambiar la capacidad del compresor cuando la
carga es variable, los compresores grandes están frecuentemente equipados con
descargadores. Los descargadores de los compresores reciprocantes son de dos
tipos generales. En el primero, las válvulas de succión de uno o más cilindros se
mantienen abiertas por medios mecánicos en respuesta a un dispositivo de control
de presión. Con la apertura de estas válvulas, el vapor refrigerante es forzado hacia
la cámara de succión, durante la carrera de compresión, y el cilindro no bombea.
El segundo medio de descarga consiste en desviar una porción de gas de descarga
a la cámara de succión del compresor. Deberá evitarse que la temperatura de
descarga sea excesiva en cuanto esto se lleva a cabo.
Los compresores con descargadores tiene una válvula colocada de modo que el gas
de descarga procedente de un cilindro es devuelta a la cámara de succión. Durante
la operación de compresión el cilindro de descarga queda sellado por la alta presión
creada por los cilindros cargados. Dado que las presiones de succión y descarga en
el cilindro descargado son aproximadamente iguales, el pistón y el cilindro no
realizan otro esfuerzo que el de bombear vapor a través del circuito de desviación y
queda prácticamente eliminado el problema de sobrecalentamiento del cilindro
mientras esta descargando.
Debido a la disminución del volumen de gas en la succión del compresor y
considerando que este se utiliza para el enfriamiento, del motor, el rango de
operación de los compresores con descargadores debe restringirse manteniéndola
dentro de límites establecidos que no puedan ocasionar sobrecalentamientos.
34

PARA REFRIGERACIÓN
2.12 COMPRESORES EN TÁNDEM
Frecuentemente se desea interconectar dos compresores en un sistema de
refrigeración simple para variar la capacidad de acuerdo con las exigencias del
diseño. Esto crea inmediatamente problemas de lubricación, puesto que, a menos
que las presiones en los dos cárters se equilibren, el aceite abandonara el cárter de
compresor que tenga mayor presión. Con el fin de resolver los problemas de
equilibrio de presiones del aceite y evitar la vibración de las conexiones delos
conductores d aceite, teniendo al mismo tiempo la ventajas de los compresores
interconectados.
Básicamente esta unidad consiste en dos comprensores separados con una cubierta
común que sirve de interconexión y sustituye las cubiertas individuales del estator.
Dado que cada compresor puede funcionar individualmente el tándem proporciona
una simple forma para la reducción de capacidad a toda prueba con el máximo
ahorro de energía y simplifica grandemente al sistema de control.
El tándem ofrece un factor de seguridad mucho mayor que el de un compresor
simple y permite un arranque escalonado reduciendo las exigencias de suministro de
corriente. En el caso de producirse la falla de uno de los compresores puede
proseguirse un funcionamiento de emergencia con el compresor restante hasta que
se lleve a cabo la sustitución del motocompresor deteriorado. Con el fin de
proporcionar la máxima protección al sistema en el caso de la falla de uno de los
compresores debe siempre instalarse un filtro en la línea de succión del compresor
támdem y un filtro secador del tamaño adecuado en la línea del líquido.
FIG 2.7: COMPRESORES EN TANDEM
35

PARA REFRIGERACIÓN
3.0 ANÁLISIS DE DAÑOS MECÁNICOS.
Al examinar esta presentación, debemos recordar que tanto los compresores que
funcionan normalmente como sus sistemas, están sujetos a algunos de los mismos
elementos relacionados con sistemas defectuosos.
Todos los sistemas están sujetos al calor, al barniz, al aceite decolorado y a algún
desgaste natural que se manifiesta a través de riesgos leves. Además de eso,
siempre se encuentra alguna contaminación en el sistema. Es físicamente
imposible eliminar el 100% de los elementos que contribuyen a la contaminación
del sistema frigorífico.
Lo que un profesional precisa es de un sentido desarrollado de lo que es normal y
de lo que no lo es. Esta sección presenta los extremos de los defectos. Sin embargo
¿qué sistema no falló o no presentó señales de falla? ¿Hasta qué punto esperan
poder ver las condiciones de desgaste o de abuso que van a ser descritas?
Ese conocimiento de lo normal versus lo anormal deberá ser fruto de la experiencia y
de la curiosidad natural desarrollada del ingeniero, esto es, no siempre aceptar la
llave obvia como el único medio de salvación.
3.1 RETORNO DE LÍQUIDO
Es una de las fallas más comunes que encontramos en los compresores que han
sufrido averías mecánicas. El retorno de líquido se produce principalmente cuando el
sobrecalentamiento del gas en la succión del compresor está tendiendo a "cero",
debido al efecto detergente del refrigerante. Él es capaz de remover toda la película
de lubricación de las partes móviles del compresor y, consecuentemente, provocará
su rotura mecánica.
FIG 3.1: DAÑOS EN PISTON FIG 3.2: DAÑOS EN BOMBA DE ACEITE
Cuando analizamos las piezas dañadas del compresor, podemos observar que el
retorno de líquido deja las piezas "limpias", o sea, sin aceite y sin señales de
carbonización. Es lo que podemos observar en la figura 3.1, donde este compresor
sufrió avería mecánica debido al bajo valor del sobrecalentamiento.
36

PARA REFRIGERACIÓN
Se percibe que la primera ocurrencia es el "enclavamiento" de los aros de
compresión en los pistones, por causa del aumento de la resistencia de fricción
provocada por la ausencia de lubricación. En la figura 3.2, aparece también otra
parte dañada de este mismo compresor, el conjunto bomba de aceite.
3.1.1. Analizando el sobrecalentamiento y subenfriamiento
Para esta etapa, necesitaremos dos instrumentos: el termómetro y el manifold
(conjunto de manómetros de alta y baja presión).
Para verificar el sobrecalentamiento, debemos medir la presión y la temperatura de
succión, ambas deberán ser obtenidas tanto en la salida del evaporador
(sobrecalentamiento útil o estático) como en la succión del compresor
(sobrecalentamiento total), principalmente en los sistemas donde la longitud de la
línea de succión es significativa.
Utilizando tablas o reglas de presión y temperaturas saturadas del refrigerante
en cuestión, tendremos que convertir la presión de succión, que ha sido obtenida
a través del manómetro, en temperatura de evaporación y con el termómetro
mediremos la temperatura de succión. La diferencia entre la temperatura de
succión y la temperatura de evaporación es lo que llamamos sobrecalentamiento.
El sobrecalentamiento útil o estático, medido en la salida del evaporador y
controlado por la válvula de expansión, normalmente varía de 3 a 7 grados. El
sobrecalentamiento total, medido en la succión del compresor, varía de 8 a 20
grados.
El sobrecalentamiento es un mal necesario que evita retorno de líquido al
compresor, sin embargo el mismo deberá ser mantenido dentro de las
condiciones exigidas por el fabricante del equipamiento y compresor. Un
sobrecalentamiento muy bajo podrá provocar retorno de líquido para el compresor,
consecuentemente sucederá su rotura mecánica prematura. Por otro lado, un
sobrecalentamiento elevado ocasionará altas temperaturas de descargas,
carbonización del aceite, alta potencia consumida y reducción de la vida útil del
compresor.
Procedimiento idéntico debe realizarse en el caso del subenfriamiento, sin
embargo, las medidas deberán ser realizadas en la salida del condensador.
Utilizando tablas o reglas de presión y temperatura saturadas del refrigerante en
cuestión, tendremos que convertir la presión de la línea de líquido (o de descarga),
que ha sido obtenida a través del manómetro, en temperatura de condensación y
con el termómetro mediremos la temperatura de la línea de líquido. La diferencia
entre la temperatura de condensación y la temperatura de la línea de líquido es lo que
llamamos de subenfriamiento. El subenfriamiento es necesario para evitar el indeseado
"flash gas" (evaporación instantánea del líquido) en la entrada de la válvula de
expansión.
37

PARA REFRIGERACIÓN
De acuerdo con las buenas prácticas de la refrigeración, lo ideal es mantener el
valor de subenfriamiento variando de 5 a 11 grados. El factor determinante para
garantizar un buen subenfriamiento en la línea de líquido será la capacidad
satisfactoria del condensador de atender todo el calor rechazado del sistema y un
buen control de la temperatura de condensación.
38

PARA REFRIGERACIÓN
3.2. DAÑO CAUSADO POR GOLPE DE LÍQUIDO
En primer lugar, veamos el daño mecánico que está típicamente asociada
a las presiones hidrostáticas resultantes del golpe de líquido.
FIG 3.3: DAÑO EN PLATO DE VÁLVULAS FIG 3.4: DAÑO EN VÁLVULAS
El desmontaje de esos compresores reveló la avería de la válvula de succión
(figura 3.3) del conjunto plato de válvulas (figura 3.4) causada por la tentativa de
comprimir refrigerante líquido o aceite, o ambos.
Una vez que un líquido es virtualmente no compresible, el golpe resultante daña
de modo característico las válvulas de succión de ese conjunto. En este ejemplo
(figura 3.5) pedazos de la válvula de succión rota han sido encontrados presos
contra la válvula de descarga (figura 3.6) del lado del paso del gas.
FIG 3.5: PEDAZOS DE VÁLVULA DE SUCCIÓN FIG 3.6: DAÑOS EN PISTONES
39

PARA REFRIGERACIÓN
Ese es un caso muy serio. Más frecuentemente la válvula de succión
permanece íntegra, mas se produce una fisura radial o se fragmenta cuando se
la somete al golpe de líquido.
FIG 3.7 DAÑOS A BIELA Y PISTON CAUSADOS POR DAÑO A VÁLVULA
Este es el conjunto biela y pistón (figura 3.7) retirado del mismo compresor de la
figura 3.3. La avería del pistón se produjo cuando entró en contacto con los pedazos
de la válvula rota.
Cuando se encuentra este tipo de avería, los cilindros son generalmente dañados al
punto de precisar ser reparados.
De la misma forma, otros compresores pueden presentar daños de la válvula de
succión y descarga del conjunto plato de válvulas cuando se los somete a casos
severos de golpe de líquido. La parte superior del pistón presentará, en general, marcas
causadas por el contacto con fragmentos de las paletas.
Siempre que observe avería de las paletas, retire el motor y examine
cuidadosamente el estator y el rotor. Es posible que fragmentos de las paletas se
hayan alojado en el estator del motor o en sus bobinas, donde podrán causar futuros
puntos de quema. Este asunto será explicado con más detalles en el ítem "Problemas
Eléctricos", página 66.
40

PARA REFRIGERACIÓN
3.2.1. CAUSAS DEL GOLPE DE LÍQUIDO
A. Retorno del Refrigerante Líquido al Compresor Debido a Válvula de
Expansión Impropia.
Una válvula de expansión no debidamente súper dimensionada se transforma en
una de las principales causas de retorno de líquido y del golpe resultante.
Mientras que una válvula súper dimensionada podrá funcionar bien en carga total,
podrá perder el control cuando trabaje en carga parcial. La razón es que en carga
parcial, la válvula intenta mantener el control en su ajuste de sobrecalentamiento,
sin embargo por su puerta súper dimensionada pasa más líquido que el necesario.
Eso superalimenta el evaporador, causando una rápida reducción en el
sobrecalentamiento del gas de salida. En respuesta a eso, la válvula se cierra hasta
que el sobrecalentamiento sea restablecido. En ese punto la válvula se abre
nuevamente para dar paso a una nueva porción de líquido.
Esa condición de búsqueda (hunting) permitirá que el líquido fluya a través del
evaporador y para dentro de la línea de succión, donde podrá entrar en el compresor
y causar daños.
Es importante notar que algunos productos compactos son intencionalmente
proyectados con válvulas de expansión reguladas para mayores capacidades. En tal
caso, la válvula ha sido cuidadosamente regulada y testada para garantizar que
atenderá los objetivos específicos del proyecto. No confunda ese tipo de selección
de válvula con el tipo de válvula seleccionada en el "campo" y discutida arriba.
En muchos casos, algunas válvulas instaladas en el campo son seleccionadas por
personas no expertas. Un técnico experto debe desconfiar de válvulas instaladas
en el campo.
B. Retorno de Refrigerante Líquido Debido a la Carga Reducida
Flujo reducido de aire a través de una serpentina de expansión directa, resultando
en el congelamiento de la serpentina. El hielo aísla las superficies de transferencia de
calor de la serpentina, lo que reduce aun más la carga que la serpentina realmente
percibe.
En tal condición de carga reducida de la serpentina, la válvula de expansión
generalmente no es capaz de un control preciso. De cierta forma es súper
dimensionada para el trabajo que está intentando hacer y se comportará de la
misma manera como ya ha sido descrito en relación a la válvula de expansión
impropiamente dimensionada. Un enfriador de agua mostrará los mismos síntomas
cuando esté muy incrustado o el flujo del agua sea bajo.
41

PARA REFRIGERACIÓN
C. Retorno del Refrigerante Líquido Debido a la Mala Distribución del Aire en el
Evaporador
Problema semejante podrá encontrarse cuando la distribución de aire a través de la
fase de un evaporador no sea uniforme. La mala distribución del aire causa una
carga desigual de los circuitos de refrigerante de la serpentina, resultando en una
temperatura de succión irregular, sentida por la válvula de expansión. Eso puede hacer
que aún una válvula adecuadamente proyectada "busque", oscile ("hunt"), resultando
en un posible retorno de refrigerante líquido a través de los circuitos poco cargados.
La mala distribución del aire se puede evidenciar por puntos congelados o por la
aparición de puntos de condensación en la serpentina.
D. Migración de Refrigerante
Migración es el resultado de la condensación de refrigerante en la parte más fría del
sistema. El refrigerante que circula como vapor se retiene en forma de líquido cuando
se condensa en el local más frío. Generalmente ese local es el compresor o el
evaporador cuando las temperaturas ambientes externas son elevadas.
La migración del refrigerante constituye una preocupación, principalmente en las
instalaciones donde el compresor se encuentra instalado en un nivel más bajo que el
del evaporador y/o condensador.
Para evitar la migración de líquido refrigerante proveniente del condensador, se
recomienda instalar una válvula de retención en la línea de descarga del compresor.
Es interesante también colocar un "sifón invertido" en la entrada del condensador.
En el caso del evaporador, se recomienda siempre que sea posible hacer la
parada del compresor por recolección de líquido (pump down system). Sería muy
importante también instalar un "sifón invertido" inmediatamente en la salida del
evaporador, ya que podrá haber una pérdida a través de la válvula solenoide de la
línea de líquido, la que normalmente no posee un cerramiento absolutamente
hermético. Eso significa que, con el tiempo, un gran porcentaje de carga de
refrigerante terminará entrando en el evaporador y será impedida de entrar por la
succión a través del sifón.
Obviamente, en caso que esta recomendación no sea tomada, grandes cantidades de
refrigerante líquido retornarán a través de la línea de succión y /o descarga,
resultando en golpe de líquido y dilución de aceite.
Es importante notar que la migración de líquido refrigerante para el compresor no se
evitará por la existencia de un calentador del aceite del cárter. La cantidad de
refrigerante involucrada superará la capacidad del calentador y consecuentemente
romperá el compresor por golpe de líquido.
42

PARA REFRIGERACIÓN
E. Retorno de aceite
El retorno de aceite puede ser tan perjudicial como el retorno de refrigerante líquido
apenas en términos de golpe de líquido. Un sistema de tuberías bien proyectado
promoverá un movimiento uniforme del aceite, evitando la acumulación de golpes
nocivos de aceite.
FIG 3.8: DAÑOS POR RETORNO DE ACEITE
Se debe prestar atención a las tuberías del sistema, por ejemplo, en los sistemas
que deben funcionar por largos períodos de tiempo en carga mínima donde las
velocidades del gas necesarios para el movimiento del aceite pueden ser
insuficientes. Si un proyecto inadecuado de tuberías permite que grandes
cantidades de aceite sean retenidas cuando está en carga mínima, el aceite
podrá retornar como un golpe cuando el compresor vuelva a trabajar en capacidad
más elevada.
Para evitar problemas de velocidad del gas, asociados a la operación en
capacidad mínima, es absolutamente necesaria que las prácticas
aceptadas de proyecto y de dimensionamiento de las tuberías sean
estrictamente seguidas.
El propósito principal del aceite en un sistema de refrigeración es el de lubricar
las partes móviles del compresor. La operación de sistemas de control de aceite,
principalmente con compresores en paralelo, es uno de los temas menos
comprendidos del sistema en la refrigeración. Muchos ingenieros y técnicos de
mantenimiento creen que el separador de aceite, el reservorio y los reguladores
de nivel de aceite (boyas) son las que determinan el nivel de aceite de los
compresores. ¡Este es un concepto equivocado!
43

PARA REFRIGERACIÓN
Es importante notar que la adición de un separador de aceite, reservorio y
reguladores de nivel de aceite no reducirá la cantidad de aceite en un sistema
proyectado, instalado y operado adecuadamente. El separador de aceite sirve
para minimizar la cantidad de aceite que entra en el sistema. Una vez que el
equilibrio entre la cantidad de aceite que entra en el sistema y la que retorna al
compresor es alcanzado, el reservorio de aceite y el regulador de nivel sirven
solamente como depósito del exceso de aceite.
Cualquier alteración en las condiciones de operación del sistema que rompa
el equilibrio establecido (aceite entrando vs. aceite saliendo) será corregido o no,
por el sistema de control de aceite dependiendo de las condiciones en las que el
sistema se encuentra.
La eficiencia de un separador de aceite tiene poco efecto en un sistema de
refrigeración, en caso de que este sistema haya sido proyectado
inadecuadamente, dimensión de tuberías incorrecta o esté con su mantenimiento
mal hecho. Cuando estos hechos ocurren, tendremos aceite en exceso en las
tuberías del sistema debido a la velocidad insuficiente del refrigerante que es
necesaria para cargar el aceite de vuelta al compresor. Es para este tipo de
problema de aplicación que el sistema de control de aceite surgirá para
"acomodar el exceso de aceite. El exceso se notará cuando el sistema
controlador actúe como un retardador y limitador de la cantidad de aceite en
circulación en la tuberías entre los ciclos de deshielo (la velocidad del
refrigerante, terminado el deshielo, es muy alta y "barrerá" el aceite que quedó
perdido por el sistema de vuelta para el compresor).
Niveles de aceite en el compresor que suben drásticamente después del final del
ciclo de deshielo son indicativos de alguna anormalidad en el sistema. El
problema debe ser identificado y corregido. El exceso de aceite disminuye la
capacidad de cambio de calor en el evaporador y provoca el golpe de aceite
dañando el compresor.
Los compresores conectados en la misma tubería de descarga y de succión no
recirculan exactamente la misma cantidad de aceite, no todos los compresores
tienen el mismo padrón de desgaste o los mismos períodos de funcionamiento.
El propósito del sistema de control de aceite es el de compensar las diferencias
moderadas entre la tasa de recirculación de los compresores individualmente
debido al tamaño, tiempo de funcionamiento y desgaste de estos compresores.
Existen diferencias moderadas en la cantidad de aceite que retorna a cada
compresor a través de la línea de succión relativa a la cantidad que sale del mismo
compresor a través de las líneas de descarga individuales.
Compresores reciprocantes funcionando normalmente recirculan algo entre el 1% y
el 3% de aceite por Kg. de refrigerante. Muchos "racks" tienen compresores
diferentes instalados en un mismo "colector" de succión y de descarga para que
sean operados selectivamente basados en la demanda de carga.
44

PARA REFRIGERACIÓN
E.1. Prácticas de Tuberías Para Garantizar Un Buen Retorno de Aceite
La tubería instalada apropiadamente es una de las llaves del éxito en el retorno de
aceite. Algunas prácticas básicas deben aplicarse principalmente cuando se
instala un sistema ramificado de tuberías.
La primera regla es utilizar sifones de aceite en la base de cada tubo "elevador" de
succión, de descarga y de la línea de líquido, si es necesario. Disminuir el diámetro
del tubo "elevador" para aumentar la velocidad del gas para 7.0 m/s o más,
garantizando el arrastre de aceite. Disminuir el diámetro de las tuberías no
solamente aumenta la velocidad del gas como también aumenta la caída de presión
en la línea. La alta velocidad es necesaria para facilitar el movimiento de subida del
aceite por el tubo.
La segunda regla es que la tubería horizontal tiene que estar apoyada y en
declive por lo menos de 20 mm a cada 6 metros de longitud hasta el compresor
para retornar el aceite. Por causa de esta compensación de presión necesaria,
velocidades cercanas a 2,5 m/s son normalmente encontradas en largos trechos
de tubos horizontales.
La tercera regla práctica es asegurarse que las válvulas de expansión
termostáticas estén adecuadamente ajustadas. Un sobrecalentamiento mayor
que el normal disminuye la velocidad del gas en la salida del evaporador,
dificultando el escape del aceite y disminuyendo la eficiencia del cambio de
calor. Operando el sistema en la temperatura de saturación inferior a la
determinada en el proyecto, también disminuirá la velocidad del gas de succión
dificultando el arrastre del aceite, además de disminuir también la capacidad del
compresor y alterar toda la perfomance del sistema frigorífico.
45

PARA REFRIGERACIÓN
3.3. DEFECTOS DE LUBRICACIÓN
Dentro de las categorías comunes de problemas de lubricación del compresor están la
dilución del aceite, la pérdida de aceite y la viscosidad reducida del aceite debido al
sobrecalentamiento del compresor.
3.3.1. Dilución del Aceite
Probablemente, el problema más común de lubricación es la dilución del aceite.
Como el aceite posee una gran afinidad con el refrigerante se puede fácilmente
entender cómo éste se puede diluir excesivamente por el refrigerante durante las
paradas prolongadas, haciendo con que pierda gran parte de sus calidades de
lubricación. Y dentro de ciertas bandas de temperatura normal, dependiendo del tipo
de aceite, puede ocurrir que la mezcla de aceite y refrigerante se sature, causando la
separación de los dos fluidos. La mezcla más densa, rica en refrigerante, busca la
parte inferior del carter, mientras que la mezcla menos densa, rica en aceite busca
la parte superior. Además de eso, cualquier refrigerante que haya migrado y
condensándose en el evaporador va a diluir más aceite en el arranque.
Cuando se produce el arranque en un compresor con exceso de refrigerante en el
cárter, una mezcla rica en refrigerante es succionada por la bomba de aceite. Siendo
un excelente solvente, el refrigerante lava el aceite de las bancadas. Además el
aceite altamente diluido forma mucha espuma y puede hacer que la bomba de aceite
pierda realmente su capacidad de bombear por algún tiempo, después de la presión
del cárter ser reducida en el arranque. Agregue a esa mezcla un golpe secundario
de refrigerante migrado del evaporador y el escenario estará montado para una falla
mecánica, debido a una severa dilución del aceite y a un lavado con refrigerante. Las
calidades de lubricación mínimas del aceite espumoso, unidas a un flujo pequeño, o
aún inexistente de aceite de la bomba y la acción de lavado de refrigerante líquido
de la dilución, ocasionarán riesgos en las superficies de las bancadas, cigüeñal,
cilindros y conjuntos biela y pistón. El grado de desgaste que se produce durante
cualquier arranque depende de la miscibilidad aceite y refrigerante.
La avería de la bancada causada por la excesiva dilución del aceite se limita
generalmente a las bancadas de la biela más cercanas a la bomba de aceite. Las
demás bancadas pueden no presentar daño porque la porción de refrigerante de la
mezcla podrá fluir a través de las bancadas de las bielas más cercanas a la bomba
de aceite antes de que la mezcla alcance la extremidad del circuito de lubricación, lo
que permitirá la lubricación adecuada de esos sectores.
46

PARA REFRIGERACIÓN
FIG 3.9: DAÑOS SOBRE LOS CIGÜEÑALES
Estos son cigüeñales que han sido sometidos a un lavado de refrigerante. El punto
importante de esa observación (figura 3.9) es la forma por la cual el metal de
las bielas de aluminio está literalmente esparcido en la superficie del cigüeñal.
Los asientos de las bielas en el cigüeñal no presentan cualquier decoloración
característica proveniente de la temperatura porque el fallo sucedió
casi que instantáneamente y el refrigerante en evaporación dentro del cárter y de
los orificios de lubricación absorbieron la mayor parte del calor resultante de la
fricción. En un fallo tan rápido cuanto éste, el cigüeñal no se recalienta.
FIG 3.10: DAÑOS EN BIELA Y CIGÜEÑAL
Una biela del mismo compresor (figura 3.10) presenta una mancha semejante de
aluminio de las superficies del cigüeñal. Nuevamente la biela presenta una
pequeña o ninguna decoloración causada por el calor.
47

PARA REFRIGERACIÓN
FIG 3:11: DESGASTE EXCESIVO EN PISTONES DEL COMPRESOR
Enclavamiento de los aros de compresión en los pistones y gran desgaste de
los pistones (figura 3:11), son comunes cuando se produce una excesiva dilución de
aceite y retorno de refrigerante.
El motivo de ese tipo de falla se debe al hecho de que si una alta dilución está
produciéndose debido a un lavado con refrigerante migrado, las paredes
superiores del cilindro empiezan a desgastarse y eso resulta en la eventual traba y
rotura del pistón dentro del cilindro o camisa.
FIG 3.12: DAÑOS DIFERENTES SOBRE PISTONES
La parte superior de estos pistones (figura 3:12), han sido rayadas cuando la pérdida
del material de la biela resultó en holgura suficiente para el pistón golpear en las
láminas de succión del conjunto plato de válvulas.
48

PARA REFRIGERACIÓN
FIG 3.13: DAÑOS EN BANCADA
La bancada localizada en la extremidad de la bomba (figura 3.13), presenta
manchas semejantes del material de los bujes de la bancada.
De esa aplanación, se hace aparente que las fallas ocasionadas por la dilución
excesiva del aceite son tales que el metal de las superficies de contacto opuestas
intenta fundirse, produciendo el aspecto manchado, con un indicio muy pequeño de
calor excesivo después del punto de la falla.
3.3.1. A. Causas de la Dilución del Aceite
La migración de refrigerante dentro de un circuito de refrigeración ocioso es una de las
principales causas de la dilución de aceite. Conforme discutido anteriormente, el
vapor refrigerante migra para la parte más fría del sistema por donde eventualmente
se condensa. Eso continuará hasta que la relación presión/temperatura del
refrigerante sea ecualizada a través de todo el sistema. Esa migración para el
compresor es auxiliada por la afinidad aceite /refrigerante, comentado anteriormente.
Como el compresor está construido por una gran masa de hierro fundido, es el
último a enfriarse en la parada y es típicamente el último componente del sistema de
refrigeración a calentarse a medida que la temperatura ambiente se eleva.
Consecuentemente, el compresor es frecuentemente la parte más fría del sistema
después de varias horas de parada del equipamiento.
En el compresor, el lado del motor es un local donde el refrigerante emigrante se
puede recoger y condensar. Además, como todos los aceites refrigerantes
comúnmente utilizados tienen afinidad con el refrigerante, la dilución se produce
49

PARA REFRIGERACIÓN
fácilmente a no ser que se emplee un dispositivo preventivo para reducir afinidad
aceite/refrigerante.
Para combatir ese proceso la mayoría de los compresores está equipada con
resistencia de cárter. Ese dispositivo preventivo funciona para mantener la temperatura
del aceite del cárter entre 40 - 60°C (max. 70°C) para reducir la afinidad del
aceite con el refrigerante, evitándose, así, la migración de líquido para el compresor.
Es importante que el cárter esté siempre calentando el aceite, a través de la
resistencia del cárter, principalmente durante las paradas prolongadas del
compresor. Vea en la figura abajo la importancia de la utilización de la resistencia
del cárter, la que a través del recalentamiento del aceite, disminuirá la miscibilidad
(solubilidad) aceite y refrigerante.
No es función del calentador de aceite evitar la dilución por refrigerante resultante
de migración de otras partes del sistema o vaporizar la cantidad de refrigerante ya
en dilución en el compresor.
3.3.2. Pérdida de Aceite
La pérdida de aceite no permite que el cigüeñal del compresor reciba lubricación o
enfriamiento suficiente, lo que resulta en la generación de una cantidad excesiva de
calor y desgaste en los agujeros de las bielas.
FIG 3.14: DAÑOS EN CIGÜEÑALES
Compare estos cigüeñales (figura 3.14) con el de la figura 3.9, y observe la
diferencia de color. El color oscuro se debe al calor de la fricción resultante de la
pérdida de lubricación. Observe también la apariencia de las superficies del cigüeñal.
Esas superficies muestran ralladuras finas, en vez de aluminio esparcido, que
particularizaba el lavado por refrigerante.
50

PARA REFRIGERACIÓN
Aunque las finas ralladuras pueden también resultar de suciedad en el sistema, la
principal diferencia en esos dos cigüeñales es la decoloración por el calor y el tiempo
más largo antes de la falla.
Existen varias causas para la pérdida de aceite del compresor. Algunas de las causas
comunes son ciclaje corto, excesiva espumación del aceite y largos períodos
de funcionamiento en carga mínima, aliada a un proyecto inadecuado de la tubería.
Durante largos períodos de ciclaje corto, el compresor puede bombear aceite para
dentro del sistema en una proporción mayor del que está retornando. Eso,
lógicamente, trae como resultado un nivel de aceite reducido.
El ciclaje corto puede ser causado por baja carga de refrigerante lo que hace que el
compresor entre en ciclo por el presostato de baja presión, por el estrecho ajuste en
el diferencial del termostato de control, por las condiciones de carga mínima, etc. Todas
esas condiciones son acompañadas de una baja masa de flujo de refrigerante lo que,
por su vez, resulta en baja velocidad del gas.
Si el sistema está sujeto a fluctuaciones rápidas de carga, lo que causa arranques y
paradas frecuentes, el ciclaje podrá eliminarse a través del empleo de un sistema de
control de capacidad.
La espumación excesiva dentro del cárter del compresor es otra causa de pérdida
de aceite. Cuando el aceite hace espuma dentro del cárter, él será arrastrado por el
gas refrigerante y comprimido para dentro del sistema. Si la espumación persiste, es
posible que el nivel de aceite pueda caer acentuadamente.
Cierta cantidad de espuma puede ser esperada cuando se da el arranque en
un compresor. Aún más, como el refrigerante en exceso ha sido retirado del aceite
(por la ebullición), la espumación disminuirá si el control del flujo de refrigerante del
sistema es adecuado y si se está usando el tipo correcto de aceite recomendado por
el fabricante.
La espumación persistente tiene dos causas principales: o se está usando un aceite
inadecuado, o el aceite del cárter se está diluyendo por refrigerante líquido. La causa
del retorno de refrigerante líquido al compresor se encuentra discutida más bajo
"Causas del Retorno de Líquido" o "Migración".
En los compresores de 2a
Generación se recomienda que el retorno de aceite
proveniente del separador de aceite se haga por el lado del motor. Siendo así, el
aceite será enfriado por el gas de la succión y centrifugado por el motor eléctrico.
Con la centrifugación, el mismo será desgasificado y disminuirá el efecto
indeseado de la espumación.
51

Análisis de daños en compresores para refrigeración

Análisis de daños en compresores para refrigeración

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Análisis de daños en compresores para refrigeración

Similar a Análisis de daños en compresores para refrigeración (20)

Último

Último (20)

Análisis de daños en compresores para refrigeración