Compresores De Aire Acondicionado

Cuando el líquido refrigerante se ha transformado total o parcialmente en vapor debido a la absorción de calor en el evaporador, es necesario tomar esos gases y llevarlos a una presión elevada (temperatura más elevada) que permita de nuevo su condensación, para iniciar otra vez el ciclo.

El compresor es el elemento de la instalación que se encarga de realizar la función de proporcionar esa presión elevada. Existen distintos tipos de compresores, con aplicaciones variadas según las necesidades de desplazamiento volumétrico y en función de las características constructivas.

También es importante la consideración del fluido frigorífico que se utilice. A continuación se van a describirlos que se utilizan más frecuentemente, dedicando especial atención a los de tipo alternativo por estar muy extendida su aplicación en instalaciones medias y elevadas.

Tipos de compresores Frigoríficos

Existen varias formas de clasificar los diferentes tipos de compresores que actualmente se pueden encontrar en el mercado, aptos para su utilización en instalaciones frigoríficas. No obstante, podemos establecer dos grandes grupos, fijándonos en sus diferencias tecnológicas o de funcionamiento:

• Las máquinas de desplazamiento positivo.
• Y las máquinas aerodinámicas.

La elección más adecuada de un compresor depende de múltiples factores, y en cada caso deberá utilizarse el más idóneo. Entre los factores que influyen pueden destacarse:

• Dimensionado y peso
• Vibraciones e inercia de piezas móviles
• Duración desde el punto de vista mecánico
• Regularidad en el suministro del caudal
• Existencia o no de válvulas
• Condiciones de mezcla aceite-refrigerante
• Características caudal-presión
• Relación de compresión

Todos los tipos de compresores pueden ser accionados por cualquier clase de motor conocido, fundamentalmente por motores eléctricos o de combustión interna. También puede utilizarse la energía del gas con motor alternativo o mediante turbina. Veamos algunas de las principales características y funcionamiento de cada uno de los tipos de compresor.

Compresores Aerodinámicos

Como ventaja principal figura la de no contaminar el refrigerante con el aire, aunque el caudal que desplaza es muy variable en función de las fluctuaciones de la presión.

Compresores centrífugos

Pueden desplazar grandes volúmenes de gas refrigerante, en general con bajas relaciones de compresión. La compresión se consigue por la aceleración del gas en el rotor de forma que al aumentar el cuadrado de la velocidad periférica, se incrementa el valor de la compresión. Para que esto suceda deberán obtenerse valores altos de velocidad.

Para cada velocidad, un compresor de este tipo proporciona una relación de compresión máxima dada. Este hecho obliga a elegir un compresor centrífugo para un régimen de funcionamiento máximo. No tiene pues la flexibilidad de otros tipos de compresores. Otro factor que influye en la relación de compresión es la masa específica del refrigerante.

Con preferencia deben utilizarse con refrigerantes pesados, de manera que los fluidos halogenados se utilizan más en contra del amoniaco cuyo peso volumétrico es menos. Suelen equiparse con un sistema que permite reducir la producción frigorífica, actuando sobre la cantidad de gas refrigerante que entra en el compresor.

La regulación puede establecerse desde un 10% hasta el 100% de forma generalmente automática según las instalaciones frigoríficas. Las máquinas centrífugas tienen una de sus principales aplicaciones en el escalón de baja presión de circuitos con varias etapas, donde se requiera grandes volúmenes de desplazamiento, compitiendo con los rotativos y alternativos. Se alcanzan velocidades periféricas en las ruedas de hasta 400 m/s.

Compresores de Flujo Axial

De naturaleza semejante a los anteriores, se emplean fundamentalmente en industrias químicas y en aplicaciones de aire acondicionado, o en compresiones de aire con grandes volúmenes. Supone menores dimensiones, pesos y una mayor simplificación de elementos auxiliares, debido a su menor ruido, menor vibración y mayor facilidad de insonorización.

Son muy utilizados en grandes potencias. Con halogenados y a partir de 800 CV se emplean en lugar de compresores centrífugos.

Compresores Rotativos

El movimiento de las máquinas rotativas es circular y continuo. Poseen acoplamiento directo del elemento motor y no tienen válvulas de admisión o aspiración, circulando el gas siempre en el mismo sentido. Admiten elevadas relaciones de compresión, ya que el aceite de engrase, que ha de ser abundante, sirve además como refrigerante, sustrayendo el calor producido por la compresión.

Los de un solo rotor pueden ser de paletas o de pistón rotativo. En el primer caso, en el interior de un cilindro de eje horizontal se aloja un pistón también cilíndrico, excéntrico, coincidiendo una generatriz con la del cilindro. El pistón puede llevar vanos cortes longitudinales donde se desplazan las paletas, que al apoyar sobre el cilindro producen la estanqueidad.

El gas entra por un orificio, pasa al espacio en forma de media luna y en la siguiente semivuelta es comprimido, pudiendo salir por la impulsión, siempre que la presión en la cámara sea la correspondiente a la de condensación.

Los de pistón rotativo se componen de un eje concéntrico al cilindro con un núcleo envuelto en un anillo que corresponde al juego entre aquél y el cilindro. Cada una de las cámaras, como antes, está en comunicación con la aspiración y la impulsión. En este caso, la paleta de separación se mantiene fija. Se han empleado mucho en aparatos de aire acondicionado domésticos.

Compresores de Tornillo

Los compresores de dos rotores pueden ser de engranajes o de tornillo. Estos últimos tienen dos rotores en forma de hélice, uno principal y otro denominado auxiliar. El principal tiene en general cuatro espiras de una sección semejante a un círculo y el auxiliar seis canales que se corresponden con el perfil del rotor principal.

Ambos giran en sentido contrario. El gas, debido al giro, queda prisionero entre los espacios del estator, siendo transportado de un extremo al otro del engranaje donde se hallan la admisión y el escape. Una breve exposición de su funcionamiento puede observarse aquí:

Con la inyección de aceite pueden mantenerse considerablemente la estanqueidad interna del engranaje, permitiendo alcanzar elevadas relaciones de compresión (del orden de 1:20). Por otra parte, permite una reducción del nivel sonoro. La capacidad de estos compresores puede regularse mediante unas aperturas que permiten, antes de iniciarse la compresión, el retorno de una parte del gas aspirado a la tubería de aspiración.

Como puede observarse, estos compresores no tienen válvulas y son relativamente reducidos de tamaño. Por el contrario, requieren un alto grado de calidad en las tolerancias, lo cual supone elevados costos de fabricación.

Compresores Alternativos

Los compresores alternativos se componen esencialmente de un cilindro, con válvulas de aspiración y descarga dentro del cual se desliza el pistón, accionado por un cigüeñal que en su carrera de descenso aspira el gas, comprimiéndolo en la de ascenso, donde P0, es la presión de aspiración y P1 la de descarga.

Los compresores alternativos se pueden comparar con el funcionamiento de un cilindro en un motor de explosión, con la única diferencia de que en este caso las válvulas de aspiración (admisión) y descarga (escape) no vienen actuadas por ningún  árbol de levas, sino que se abren libremente cuando la presión en el recinto vence a la de los muelles que fijan dichas válvulas.

Clasificación de los compresores alternativos

Los compresores alternativos se dividen en tres tipos fundamentales:

Compresores herméticos

En este tipo, motor y compresor están contenidos en una única envoltura, que es sellada por soldadura. El eje del motor es simplemente la prolongación del eje del compresor, y dicho motor es enfriado en general por el gas refrigerante aspirado que se encuentra a baja temperatura. En algunos casos, la refrigeración se obtiene por medio de una camisa de agua o por una corriente de agua exterior.

Compresores semiherméticos

En este caso, el eje del motor es una prolongación del cigüeñal del compresor y están en una misma carcasa, pero a diferencia del anterior, las partes internas son fácilmente accesibles, accesible desde el exterior. Se utilizan para potencias medias y eliminan los problemas de alineamiento entre motor y el compresor.

Compresores abiertos

Aquí el cigüeñal es accionado por un motor exterior al compresor. Se utilizan para medias y grandes potencias y son los más versátiles y accesibles.

Se basan en la transformación de un movimiento rotativo en otro alternativo, semejante a los motores de combustión interna pero en sentido inverso. A pesar de tener como inconveniente las pérdidas energéticas debidas a la transformación del movimiento, con las consiguientes limitaciones de velocidad, las máquinas alternativas, principalmente las policilíndricas, han alcanzado gran implantación, utilizándose en instalaciones cuyos requerimientos de desplazamiento volumétrico sean de hasta 1.500 m3/h aproximadamente.

Puede decirse, que a pesar de todo resultan insustituibles en instalaciones de mediana y elevada capacidad, debido a su gran flexibilidad y relación calidad-precio. Así, se pueden hablar de compresores alternativos en función de:

Tipo de construcción (abierto, semihermético, hermético)
Numero de efectos( simple o doble)
Su forma (horizontal, vertical, V, etc.)
Número de compresiones (una o dos etapas)
Sentido del flujo (alternativo o continuo)

Está claro,que para definir un compresor alternativo deberán especificarse cada una de estas cinco características, dado que el número de combinaciones posibles resulta elevado.

De los compresores horizontales se pasó a los de colocación vertical que ocupa menos espacio, aumentando posteriormente la velocidad de rotación y reduciendo los pesos de los elementos en movimiento.

La construcción en V disminuyó el tamaño unitario de los cilindros y aumentó su número, lo cual representó un aumento de la velocidad de rotación sin incrementar la velocidad lineal del pistón, acortando las dimensiones de su carrera. El ejemplo de varias líneas de pistones en V ha supuesto cierta evolución, llegándose a construir compresores con 16 cilindros.

Los compresores de carácter abierto tienen separados la parte de cilindro-pistón de la del conjunto biela y árbol manivela. La estanqueidad se aseguraba mediante un prensa-estopas. Con objeto de eliminar el prensa-estopas se colocó el motor en el interior del carácter, con lo que se llegó al compresor de carácter hermético.

En los compresores de carácter abierto estaban llenas las dos caras del pistón, y mientras una cara comprimía, la otra aspiraba, y viceversa. Es lo que se denomina doble efecto, con lo cual la cilindrada era prácticamente el doble.

En los de carácter cerrado, el pistón está vacío y sólo trabaja una cara, denominándose de simple efecto. Las válvulas, en la mayoría de compresores alternativos, se encuentran al final del cilindro, entrando los vapores en el mismo de arriba abajo en la admisión y comprimiéndose de abajo a arriba, es decir, el flujo es alternativo.

Si la aspiración se realiza a través del pistón con el cilindro con aberturas en comunicación con la aspiración, en la fase de aspiración el pistón crea una depresión en el cilindro, abriéndose la válvula de aspiración, que se halla en la parte superior del pistón, y el vapor entra de abajo a arriba. Al comprimir el gas, se hace igualmente de abajo a arriba y el flujo se denomina continuo.

En general, se realiza una sola etapa de compresión. Pueden existir casos en que en una misma máquina se realicen dos etapas, o sea, un número dado de cilindros aspira de la fase de baja presión y otros tantos de la fase intermedia. Existe una determinada proporción, que suele ser de 3/1 entre cilindros en baja y en alta.

Elementos de un compresor

Si examinamos la sección de un compresor podemos observar que están constituidos por una masa metálica en cuyo interior se alija un conjunto de elementos, que podemos clasificarlos considerando sólo los más importantes en:

• Carcasa.
• Dispositivo de transformación de movimiento rotativo del motor en movimiento alternativo del pistón.
• Válvulas de aspiración y descarga.
• Elementos de lubricación.
• Elementos de seguridad.
• Elementos de entretenimiento.

Carcasa de un compresor

Llamado también «cuerpo o bloque de compresor», actúa como soporte de todos los componentes y debe ser totalmente estanca al gas refrigerante utilizado.

Generalmente se construyen en fundición perlítica de grano fino aunque a fin de evitar espesores excesivos tratando de eliminar fugas por la porosidad en la fundición que es imposible técnicamente poder eliminar, haya una tendencia cada vez mayor a realizar la carcasa en acero soldado, sobre todo en compresores de potencia superior a 100.000 frig/h.

En el compresores de pequeña potencia, las camisas de los cilindros se practican sobre la misma fundición de la carcasa, pero en este caso se utiliza una fundición intrusada para que, después de un tratamiento quede con una gran dureza superficial y resistente al rozamiento de los segmentos.

Para potencias medias y grandes, lo normal es que la camisa sea de acero tratado y sobrepuesta en el alojamiento de la carcasa, sea ésta de fundición o de acero laminado.

Transformación de movimiento

Empleando el sistema mecánico biela-manivela, son usadas dos variantes; una, de excentrica-biela-pistón y otra de cigüenal-biela-pistón.

En compresores semiherméticos de pequeña potencia, menor de 10.000 frig/h. generalmente se emplea el sistema de excéntrica.

A fin de reducir el efecto de las fuerzas de inercia se procurará que el peso sea lo más reducido posible.

En los demás tipos de compresores, normalmente se emplea el sistema de cigüenal, que se construye en acero forjado tratado posteriormente a fin de darle la dureza adecuada. Los cuellos de fijación de las bielas son rectificados. El acero suele ser al cromo-molibdeno.

Han de estar siempre equilibradas estática y dinámicamente.

Las bielas son el brazo de empuje del pistón y deben ser muy ligeras y a la vez muy resistentes, pues han de ejercer la fuerza necesaria en pistón para vencer la presión del gas en el interior del cilindro. Para conseguir esto, es por lo que generalmente se construyen con sección en H, siendo el material una aleación de aluminio inyectado a presión.

Los pistones, deben de ser muy ligeros y tener el mínimo juego con el cilindro a fin de evitar que se puedan producir fugas. En el caso de compresores de pequeña potencia son totalmente lisos y para compresores de gran potencia, a fin de reducir el rozamiento, se disminuye la superficie de contacto por la utilización de segmentos elásticos.

Normalmente hay uno o dos segmentos de compresión, cuya sección es rectangular y un rascador, que tiene por misión limpiar las paredes del circuito de aceite y mandarlo al carter.

Válvulas de aspiración y descarga

Su misión es la de permitir la comunicación alternativa de los cilindros con el colector de aspiración y descarga; por tanto y con el fin de evitar pérdidas de potencia frigorífica, la condición principal que han de reunir es la de una estanqueidad perfecta en cualquier condición de trabajo, así como una resistencia mecánica elevada para que puedan soportar las diferencias de presión que se producen en el cilindro.

El cierre de la válvula sobre su asiento, se realiza siempre metal sobre metal.

Un compresor girando a 1.450 r.p.m., las válvulas tienen que abrir y cerrar 1.450 veces cada minuto, por tanto, deben ser ligeras y ofrecer poca inercia a la apertura; los muelles para conseguir que descansen sobre su asiento han de ser lo más débiles posibles.

Han de tener una gran sección de paso para un levantamiento pequeño, a fin de que la pérdida de carga de gas refrigerante sea mínima.

Normalmente la velocidad de paso a través de las válvulas es de 8 a 11 m/seg. en las de aspiración y de 10 a 14 m/seg. en las de descarga. La elevación de las válvulas suele ser un 7% del diámetro del cilindro.

Para conseguir todas las condiciones mecánicas de resistencia, flexibilidad, poca inercia, etc., se construyen bien en acero inoxidable.

La forma es muy variada, dependiendo principalmente de la apertura del compresor.

Los salientes laterales de la válvula de expansión de un compresor hermético de pequeña potencia, sirven para hacer de soporte en los alojamientos practicados en el plato de válvulas.

Una válvula de descarga empleada en compresores semiherméticos de pequeña potencia y en semiherméticos de media potencia la válvula es abierta o cerrada debido a su elasticidad, pero parte de ella permanece fija a la placa de válvula.

La elevación está limitada y para permitir conservar las cualidades de flexibilidad y rapidez de reacción a ser abierta, la tendencia es de multiplicar el numero de lenguetas, o sea, el de orificios de salida del gas.

Para compresores de gran potencia las válvulas que se emplean son de tipo circular.

Cada fabricante tiene un método determinado para mantener los discos de aspiración o descarga en su asiento. Generalmente se utiliza, bien muelles repartidos alrededor del disco o bien muelles sinusoidales.

Elementos de lubricación del compresor

El engrase de un compresor cumple una doble misión; una, la de completar el perfecto cierre de los segmentos del pistón con la camisa del cilindro y otra, la de reducir al mínimo los rozamientos de todas las partes móviles.

En los compresores semiherméticos de pequeña potencia refrigerados por agua o aire se emplea el sistema de barboteo que aprovecha la fuerza centrífuga creada al girar el cigüeñal para conseguir en un primer paso llenar el cigüeñal o el árbol excéntrico con aceite después que este pueda llegar por el interior del mismo y de las bielas a todos los puntos en los que sea preciso.

Se puede emplear un sistema de lubricación por barboteo, pero es la lubricación forrada mediante una bomba de engranajes la que se emplea normalmente, tanto en compresores herméticos; semiherméticos como abiertos. Se monta sobre el extremo del cigüeñal y está movida directamente por él. Para que la lubricación pueda ser efectiva, es necesario que la presión de descarga de la bomba sea superior a la presión del carter.

En este sistema existen unas válvulas de retención que están comunicando el carter con el colector de aspiración y el carter con el plato de válvulas por el lado de aspiración de la culata; su misión es la de lograr un funcionamiento correcto de la bomba de engranajes.

La válvula que comunica el lado del motor con el carter permite el paso de aceite que se ha separado del gas procedente del evaporador solamente en ese sentido, o sea del lado motor al carter, en sentido contrario se cierra.

Después de un periodo prolongado de parada del compresor, en el carter reinará una presión superior a la de trabajo y por tanto, si intentamos arrancar, la presión en aspiración bajará rápidamente, lo que motivaría que el gas mezclado con el aceite se nos evaporase y produjese una gran efervescencia y una aspiración de la bomba de aceite de una gran cantidad de gas y como consecuencia su total inutilización.

Esta válvula de retención cierra en un momento de arranque, conservando la presión que reina en el carter y reduciendo la efervescencia de la mezcla aceite-gas.

Como hasta que no se equilibre la presión entre el lado motor y el carter no se abrirá y por tanto, no dejará pasar aceite al carter, es por lo que se coloca otra válvula que equilibrie muy lentamente estas dos presiones y esta es la misión de la segunda válvula que conecta la culata por su lado de aspiración con el carter.

En el circuito clásico, el aceite es aspirado del carter a través de un filtro y bombeado por la bomba a través del cigueñal hasta los diferentes elementos en movimiento, retornando otra vez al carter por gravedad, ya sea por el juego normal del ajuste o por los orificios prácticos a este fin.

En el funcionamiento de la bomba de aceite, la circulación del aceite es el mismo sea cual sea el sentido de rotación de la misma y por tanto del compresor.

La variación del espacio libre que queda entre los dientes del piñón y del rotor es la que provoca la circulación del aceite.

El rotor es la pieza que va solidaria con el extremo del cigüeñal y gira en su mismo sentido haciendo girar al piñón que está montado sobre el eje de la excéntrica de media luna. La rotación del piñón provoca automáticamente la orientación de la media luna que pasa a ocupar el espacio que queda entre los dientes del piñón y el rotor.

Si se produjese una inversión del sentido de rotación, automáticamente se produciría un giro de 180° en la media luna y con él, quedará el flujo de aceite en el mismo sentido.

Hay por tanto solo dos piezas en movimiento; el rotor que con sus engranajes interiores hace girar también en su mismo sentido al piñón interior. La excéntrica siempre permanece fija para un mismo sentido de giro y sólo cambia de posición en 180° si este se invierte.

El nivel de aceite tiene una gran importancia para el funcionamiento correcto de un compresor. Si está por debajo del nivel del filtro de aspiración, se producirá un gripado mecánico al no haber flujo de aceite; pero si este es demasiado alto y sobre todo en compresores semiherméticos llega a bañar parte del rotor, elimina parte del entrehierro y en el momento de la arrancada actúa como un freno hidráulico, provoca una sobrecarga de las bobinas del estátor que puede llevar cuando menos a que salte la proteción térmica, sino a consecuencias más graves.

Elementos de seguridad de un compresor

Válvula de seguridad interna

A fin de evitar que pueda ser sobrepasado el límite elástico de los materiales empleados en la construcción del compresor, para compresores de media y gran potencia se colocan una o más válvulas de seguridad entre el colector de descarga y el de aspiración, que abre cuando la diferencia entre la presión de descarga y la de aspiración sobrepasa el límite de la presión al que ha sido ajustada en fábrica.

Difiere de unos fabricantes a otros la presión de tarado de esta válvula, pero suele oscilar entre 25 y 28 Kg/cm’.

Protección térmica

En compresores herméticos y semiherméticos a fin de evitar recalentamientos del motor con el riesgo de que pueda quemarse a consecuencia de un fallo de fase en la red, una caída en la tensión, una sobrecarga, un rotor bloqueado, o una refrigeración deficiente, se colocan protectores térmicos dentro del compresor que paran al compresor cuando se produce un calentamiento excesivo del motor.

Aunque cada vez se usan menos, los primeros protectores térmicos usados (clixon), estaban constituidos por una lámina bimetálica situada lo más cerca posible de los arrollamientos del motor, que en función del calor se deformaba interrumpiendo el circuito de control del compresor, cuando la temperatura sobrepasaba el límite establecido por el fabricante. Después de que se haya enfriado, la lámina bimetálica vuelve otra vez a su posición cerrando el circuito de control.

Logicamente este sistema tiene una gran inercia, razón por la cual, generalmente se suele emplear la «protección al estado sólido» o «protección por termistores».

Los termistores son unos conductos que colocados en el interior de las bobinas del motor, varían su resistencia eléctrica en función de la temperatura, siendo esta relación constante y exacta.

El sistema de protección está formado por los sensores o termistores que están colocados en los arrollamientos de las bobinas y generalmente en número de tres y por un módulo de control que traduce la variación de resistencia en la apertura o cierre del circuito de control del compresor.

El módulo de control es una caja cerrada que contiene un transformador, un relé y varios componentes electrónicos. Alimentados a la tensión de trabajo del compresor, han de transformar esta tensión a otra muy pequeña que es la que circula a través de los termistores.

La rapidez de respuesta y la sensibilidad para el valor a que ha sido ajustada por el fabricante, es muy grande.

Después de que el motor se haya enfriado, habiendo actuado la protección térmica, la conexión se efectúa automáticamente y por tanto, si la anomalía permanece, el motor para y arranca contínuamente.

Elementos de entretenimiento

En este apartado vamos a tratar de dos elementos que tienen una gran importancia.

Calentador de carter

Como ya se ha visto el aceite y el refrigerante se disuelven con facilidad pudiendo llegar para ciertas condiciones de presión y temperaturas en el cárter a saturarse la disolución y separarse en dos fases, ocupando la de abajo el líquido refrigerante.

En el momento de la arrancada, a través del filtro de aspiración de la bomba se cogería sólo líquido refrigerante, provocando un lavado excelente de todo el sistema de lubricación; o si solo aspira una mezcla de aceite-gas se puede descebar la bomba anulando la lubricación. Estas dos cosas, pueden ser origen de daños muy graves.

A fin de evitar cualquier anomalía, se precisa de la colocación de una resistencia que caliente el carter y hacer evaporar el refrigerante disuelto en el aceite.

La potencia de la resistencia, ha de tener un valor de acuerdo con la cantidad de aceite existente en el carter, ya que un calentamiento excesivo provoca una pérdida de la viscosidad del aceite y por tanto poder de lubricación, o la carbonización del mismo.

El calentador de cárter debe de ser conectado a un circuito independiente, de tal manera que no quede desconectada cuando la máquina para y pueda ser conectada antes de que la arranque.

Las formas y colocación son variables, desde una resistencia en forma de serpentín arrollada al exterior del cárter (compresores herméticos de pequeña potencia); resistencias en forma rectangular que se colocan bajo la tapa inferior del cárter (compresores semiherméticos); hasta, las de forma cilíndrica, interiores, que se aplican indiscriminadamente.

Prensaestopas

En compresores de tipo abierto es uno de los elementos más importantes teniendo por misión el impedir fugas de refrigerante a través del eje.

Las formas suelen ser muy variadas y cada fabricante tiene un sistema.

El sellado es efectuado por el cierre entre las superficies de los casquillos de bronce y acero. El de bronce está fijo a la tapa del prensa y el de acero gira solidario con el cigüeñal mediante el tetón conductor.

El contacto entre las superficies de los dos casquillos se consigue mediante una serie de muelles repartidos circularmente en la carcasa del prensa que empujan el casquillo de acero.

En los prensas similares al que se emplea en los compresores FEDDERS, el cierre se consigue mediante un anillo de grafito, que es empujado por un muelle, contra un disco de acero fijo a la carcasa del compresor.

Las superficies en contacto son grafito y acero, siendo el anillo de grafito junto con el muelle de empuje solidario con el cigueñal.

Funcionamiento de un Compresor

El espacio, que mecánicamente es necesario para prevenir que no llegue a tocar el pistón contra la cabeza del cilindro con graves consecuencias, se denomina “espacio muerto”.

Normalmente representa un 4 ó 5% de la carrera del pistón y es imprescindible para prevenir el juego en el ajuste, así como las dilataciones producidas por el calor desarrollado en el trabajo de compresión sobre las piezas en movimiento, pistón, biela, cigüeñal.

En el pistón que empieza su carrera descendente, la válvula de descarga se cierra, pero la válvula de aspiración no podrá abrirse hasta que, la presión del gas contenido en el «espacio muerto» sea igual a la suma de la presión de aspiración o más la de los muelles de fijación de la válvula de aspiración sobre su asiento.

Por tanto, al efecto muerto es contraproducente, porque ocupa un volumen que habrá de estar disponible para aspirar gases nuevos procedentes de aspiración.

Ciclo de un Compresor

Lo dicho hasta ahora al completar un giro completo del pistón, lo podemos representar gráficamente sobre un diagrama en el que en ordenadas representemos las presiones y en abcisas los volúmenes, obteniéndose el ciclo característico, que al igual que en cualquier motor térmico es un ciclo de Carnot formado por dos curvas isotérmicas y dos adiabáticas.

Teóricamente su representación sería:

En el punto 1 el cilindro está lleno de vapor refrigerante a la presión de aspiración P0 . Sube el pistón reduciendo su volumen y aumentando la presión, hasta llegar al punto 2 en el que se abre la válvula de descarga y deja salir todo el refrigerante hasta quedar con volumen cero.

Empieza la carrera descendente, la transformación en el interior del cilindro del punto 3 al 4 es instantánea al ser el volumen cero y la válvula de aspiración abre al llegar al pun to 4, permitiendo la entrada de vapor refrigerante hasta llegar al punto 1.

Sin embargo, el ciclo real trazado con la ayuda de un indicador de Walt difiere un poco del teórico, motivado precisamente por el espacio muerto y por los elementos mecánicos de fija-ción de las válvulas a sus asientos.

Como diferencias más sobresalientes con respecto al ciclo teórico, podemos mencionar:

1. La cresta «a» en la fase de compresión, donde es preciso aumentar la presión para lograr vencer la resistencia de la válvula de descarga a ser abierta, siguiendo después por encima de la presión P hasta alcanzar el punto 3.
2. La evolución 3-4 que representa el gas que quedó dentro del espacio muerto.
3. La depresión «b» en la fase de aspiración, donde es preciso disminuir la presión en el cilindro por bajo de la presión Po para vencer la resistencia de la válvula de aspiración a ser abierta.

El paso de «b» al punto 1 que está más alto mediante una curva de gran radio se debe al calentamiento que sufre el gas al contacto con las paredes del cilindro.

Eficiencia Volumétrica

La relación entre el volumen efectivo bombeado y la cilindrada recibe el nombre de eficiencia volumétrica.

Para un compresor en particular con una carga y una cilindrada dada la eficiencia volumétrica depende de dos factores principales:

1. Espacio muerto:

Consideremos un ciclo del compresor:

Variando el espacio muerto V, podemos observar como cuando este es mayor V el volumen efectivo aspirado V es menor. Si por el contrario disminuimos el espacio muerto, haciéndolo V_o , el volúmen efectivo aspirado V_e” aumenta por tanto la eficiencia volumétrica.

2. Presiones de trabajo.

Si conservando el espacio muerto y la presión P_: , variamos la presión de descarga obtenemos:

Que la presión P aumenta hasta llegar a volumen efectivo aspirado V disminuye y por tanto disminuye también la eficiencia volumétrica. Por el contrario, si disminuimos la presión. P_i a V_i” , el volumen efectivo aspirado V aumenta.

Hay otros factores que motivan el que el volumen real bombeado por un compre sor, no sea exactamente igual al volumen efectivo que aparece en el ciclo del compresor y que fácilmente podría ser calentado termodinámicamente; entre otros podríamos enumerar:

1. Pérdidas de gas por defectos de ajuste de válvulas o pistones.
2. Recalentamiento de los gases aspirados cuando se ponen en contacto con las paredes del cilindro; lo que motiva una dilatación del mismo y por tanto deja de aspirar gas procedente del evaporador.
3. Hay aceite refrigerante en las paredes de la camisa y en la superficie del pistón que está reduciendo el volumen de aspiración.
4. El aceite contiene siempre gas disuelto que se evapora en contacto con las pare­des de la camisa.

Debido a que todos estos factores no pueden tener una expresión matemática, todo fabricante de compresores tiene sus curvas de eficiencia volumétrica media, medida en banco de pruebas de manera experimental y por muestreo, en función de la relación de compresión.

Relación de compresión= Presión absoluta de descarga/Presión absoluta de aspiración.

Conclusiones:

El Aumento de la diferencia entre la presión de descarga y la de aspiración, disminuye la eficiencia volumétrica.

Capacidad frigorífica de un compresor

Hasta ahora solo hemos hablado de volúmenes de gas refrigerante, hemos de tener en cuenta que lo que realmente produce el enfriamiento en el evaporador es la cantidad, la masa de refrigerante evaporado.

La capacidad de un compresor depende, por una parte del volumen horario bombeado y por otra del calor latente de vaporización del refrigerante empleado.

Ahora bien, el calor de vaporización no se emplea todo él en producir un efecto frigorífico a la temperatura de evaporación del líquido, sino que, parte de él sirve para enfriar el líquido desde la temperatura de condensación hasta la de evaporación, aprovechándose sólo, la diferencia de entalpías entre el vapor y el líquido, para producir el efecto frigorífico.

Control de Capacidad

Debido a que en una instalación de aire acondicionado la carga térmica a vencer en el local a acondicionar, sufre variaciones muy importantes, es preciso que la potencia frigorífica suminis¬trada por el compresor sea la que realmente precisa el sistema.

Los metodos comúnmente empleados son:

Control todo-nada

Se hace parar o arrancar el compresor en función de la demanda de un termostato dispues¬to en el ambiente a acondicionar.

Se emplea en el caso de pequeñas instalaciones yen locales donde la carga térmica no sufre grandes variaciones y esta no tiene grandes diferencias con respecto a la potencia frigorifica del compresor.

Si la carga térmica es pequeña con respecto a la potencia frigorífica del compresor, se produce arrancadas y paradas constantes del compresor que llevan consigo un sobrecalentamíento del motor fogueado de los contactos. del contactor de arranque y caidas de tensión en la ínea que pueden perjudicar a otros equipos conectados a la misma

Compresor a varias velocidades

Al ser la capacidad frigorífica proporcional a la velocidad de giro, en aquellos casos en que las cargas térmicas sean estacionarias y con pequeñas variaciones se hace variar las revoluciones del compresor.

Esta variación se puede conseguir bien con el empleo de un motor con dos velocidades por variación del número de bobinas estatóricas del motor o por la incorporación de un variador de velocidad entre el motor de accionamiento y el compresor.

Este sistema se emplea poco, motivado principalmente porque la re lación entre precio y prestaciones es totalmente desfavorable.

Compresores multiples

Empleando dos a más compresores se consigue que a carga térmica parcial sólo funionen el número de compresores capaz de vencer dicha carga.

Logicamente es un metodo caro, pero en aquellas instalaciones en las que se requiere una seguridad en funcionamiento porque un fallo en el equipo puede significar riesgos económicos, es aconsejable este sistema.

Comunicación del gas bombeado con aspiración

Es el sistema más empleado y se pueden distinguir dos variantes:

1. Comunicación por levantamiento de las válvulas de aspiración del cilindro por lo que el gas no sufre ninguna compresión, pues está comunicado el interior del cilindro con el colector de aspiración (compresor tipo FEDDERS).
2. Comunicación de la válvula de descarga del cilindro con el colector de aspiración. Al ser iguales las presiones en la válvula de aspiración y descarga no existe ningún trabajo real de compresión, pero existe un trabajo adicional que es el opuesto por las válvulas a ser abiertas (compresor tipo GRASSO), aunque este es mínimo.

El mecanismo capaz de conseguir la apertura de la válvula de aspiración se denonima «descargador». Consiste en una camisa deslizante que en función de si se le manda aceite o no, hace que la válvula esté en su asiento o levantada, o sea, es condición que haya presión de aceite para que el cilindro bombee el gas a través de la válvula de descarga hacia el condensador, esto es, como en el momento de la arrancada del compresor no hay presión de aceite, arrancará a capacidad reducida y por tanto el par de arranque será minimo

Como se puede apreciar hay muchos elementos en movimiento y juntas tóricas que pueden en un momento dado ser origen de anomalías en el buen funcionamiento.

Además, dependiendo del número de cilindros, el volumen a ocupar por el aceite varía y al ser igual el número de revoluciones de la bomba, se traduce en una variación de la presión de lubricación de los otros componentes del compresor.

El paso de aceite a los descargadores, que puede ser activado por la presión interna en el cárter del compresor o mediante válvulas solenoides externas será desarrollado en la exposición de los compresores FEDDERS más adelante.

Cierre de aspiración

Consiste en interrumpir el paso de gas al cilindro y al no haber gas no habrá compresión y la potencia frigorífica quedará parcializada. Se crea sin embargo, un relativo alto vacío en el interior del cilindro interrumpido, que puede producir un flujo de aceite hacia él en cacaso de que no haya un perfecto cierre de las valvulas.

By-pass entre la descarga y la aspiración

Consiste en llevar los gases una vez comprimidos y antes de que entren al condensador, otra vez a la aspiración del cilindro.

Este sistema que se emplea frecuentemente en el campo de la refrigeración para reducir la capacidad durante la puesta en marcha, no es aconsejable para la regulación de la potencia frigorífica, ya que se produce un recalentamiento excesivo de los gases, traduciéndose en un consumo de energía inútilmente desaprovechada y un aumento progresivo de la temperatura del gas en descarga y con él, todos los elementos componentes del compresor.

Otros sistemas

Aumento del espacio muerto: Consiste en añadir al espacio merto normal, una cámara adicional que puede ser variada desde el exterior.

Limitación de la carrera útil del pistón: Consiste en practicar orificios en las paredes del cilindro, que están en comunicación con el colector o la línea de aspiración, escapándose el gas por ellas durante la carrera de compresión.

Potencia absorbida a capacidad reducida

Sea cual sea el sistema de regulación de capacidad en un mismo compresor, hay un trabajo que se tiene que realizar para vencer el rozamiento de las partes moviles, que lleva consigo el que no se corresponda la potencia frigorífica suministrada con la potencia absorbida por el compresor a esa capacidad reducida, siempre será mayor esta última.

Podemos apreciar como un compresor que trabaja al 25% de su capacidad frigorífica, en vez de consumirun 25% de potencia, consume un 40%.

Esta es la gran ventaja de los compresores múltiples donde lógicamente la potencia absorbida se corresponde con la frigorífica suministrada.

Tipos de averías en un compresor de aire acondicionado

Como seguramente sabrás, el aire acondicionado para que genere frío o calor necesita un gas refrigerante para producirlo, y dependiendo del estado en que se encuentre en las diferentes partes del circuito funcionará en modo u otro.

Si el circuito se queda sin refrigerante por una fuga por ejemplo, el compresor trabajará en vacío. Aparentemente puede parecer que esto no es un problema para el compresor pero ¿Qué puede ocurrir? El problema es que éste se refrigera con el refrigerante por lo que si no hay gas en el circuito el compresor corre el riesgo de sobre calentarse y provocar una avería.

Normalmente ésto no debería ocurrir ya que hay un dispositivo de seguridad que evita que se averíe por un exceso de temperatura, este dispositivo es el clixon, que no es más que un interruptor termostático compuesto por un bimetal, de manera que cuando hay un exceso de temperatura corta el paso de la corriente.

Otra avería que puede ocurrir es que el compresor de aire acondicionado se quede sin aceite. Esto puede ocurrir cuando la instalación no se ha realizado correctamente.

Si la unidad exterior está instalada a una altura superior a 3 metros de la unidad interior, es necesario realizar unos sifones en la aspiración o línea de baja, de manera que cuando el aceite del compresor baje hacia la unidad interior pueda volver a subir depositándose en los sifones, así le costará menos trabajo y el compresor siempre estará lubricado (puedes verlo en la imagen).

Si la instalación no cuenta con sifones es muy probable que con el paso del tiempo el compresor se gripe, al igual que pasa con el motor de un coche o una moto si éste no está lubricado. Si esto ocurre no quedará otra opción que cambiar el compresor y normalmente sale más rentable comprar un equipo nuevo, a menos que sea un compresor industrial.

Estas averías son las más comunes que suelen ocurrirle al compresor, éstos también pueden fallar por otras causas pero ya serían ajenas al mismo.