jueves, 27 de diciembre de 2012

Tuberia del aire acondicionado


TUBERÍAS

En otros países a la tubería de refrigeración también se le conoce con el nombre de cañería. Pues  suele confundirse con la tubería de drenaje de agua negras
Los elementos hasta aquí descritos están unidos a través de tuberías que hacen que se forma el sistema por el que se llevara a cabo los procesos y ciclos de refrigeración. Dichas tuberías se distinguen de la siguiente forma:

Línea de descarga. Conduce el refrigerante a alta presión y alta temperatura de la descarga del compresor a la entrada del condensador. Cuando el sistema se encuentra trabajando, el sistema presenta una temperatura mayor a la temperatura ambiente, como seguridad tiene un color rojo y se distingue de las otras líneas por ser de menor diámetro.

Línea de liquido, Conduce el refrigerante en forma líquida de la salida del condensador a la entrada del control de flujo, se distingue por medio del color amarillo, la temperatura de esta línea es tibia. En aire acondicionado, la longitud de esta tubería es de medio metro aproximadamente.

Línea de succión, Conduce el refrigerante de la salida del evaporador a la entrada del compresor se distingue por ser la tubería de mayor diámetro, su temperatura de es menor a la temperatura ambiente, por seguridad debe tener un color azul cielo.

FIGURA 1. TUBERÍAS DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
a.  Línea de succión.
b.  Línea de descarga.
c.  Línea de líquido.

Mini Split
En la siguiente Fig. No2 y 3  se muestran las  líneas en un aire acondicionado mini split

1. LÍNEA DE SUCCIÓN.
2. LÍNEA DE DESCARGA.

1. LÍNEA DE SUCCIÓN.
3. LÍNEA DE LÍQUIDO.

El evaporador de un aire acondicionado

EL EVAPORADOR.

Es una superficie de transferencia de calor, en la cual se realiza la evaporación del refrigerante a baja presión y temperatura, en el aire acondicionado se utiliza el evaporador de convección forzada y una turbina para absorber por un lado las calorías del espacio acondicionado y por el otro proporcionar aire frío hacia el mismo espacio. El evaporador esta construido por tubería en forma de serpentín y aletas, éstas sirven para que exista mayor transferencia de calor del aire del espacio acondicionado y el refrigerante que circula en el serpentín. El evaporador se encuentra en la parte frontal del equipo por la parte de adentro del lugar donde se instala..

Fig. No. 1 Evaporador


Figura 2.    Evaporador de una unidad individual

El evaporador se construye normalmente con tubo de cobre o de aluminio, con aletas de aluminio. Estas aletas pueden ser lisas o bien configuradas, ejerciendo un buen contacto con el tubo de cobre para conseguir el mejor intercambio posible de calor.

El evaporador puede estar compuesto de pocos o mu­chos circuitos de refrigerante, en 2.3 o-4 pasos, que ope­ran contra la corriente de aire como si se tratase de eva­poradores múltiples (figura 3). Cada fabricante ha desarrollado sus propios circuitos, experimentados para obtener el rendimiento debido de acuerdo con las es­pecificaciones establecidas.

Los evaporadores son reducidos y diseñados afín de obtener el mejor intercambio posible de calor. Las aletas que obligan al aire a moverse de un latín a otro se hallan conformadas y los tubos colocados al tresbolillo a fin de que el aire atraviese con un buen contacto cada tubo (figura 4).



Figura 4.    La configuración de las aletas fuerza el aire a través de las alelas y de los tubos.

El evaporador suele trabajar por debajo del punto de rocío del aire en el local a fin de deshumidificar el mismo, por lo que se constituye una condensación sobre el ser­pentín evaporador, que desagua en la bandeja recogedora de agua situada debajo (figura 5). El agua de condensación normalmente se dirige sobre el conden­sador donde se evapora. En la figura 6  se muestra un evaporador con sus presiones y temperaturas típicas.

Figura 5.    Bandeja recogedora del agua de condensación en el evaporador.

Figura 6.   Evaporador típico con indicación de presiones y temperaturas


Control de Fluo dee Refrigerante en un aire acondicionado


EL CONTROL DE FLUJO REFRIGERANTE (TUBO CAPILAR).

El control de flujo es un elemento del sistema que se utiliza para disminuir la presión del refrigerante y controlar su paso hacia el evaporador según las calorías en las que se encuentre el espacio acondicionado. 

Existen diferentes tipos de controles de flujo de uno de ellos el que se utiliza en aire acondicionado se llama tubo capilar. Según Dossat (1980), Pág. 422, es el más simple de los controles de flujo del refrigerante, consiste de una tubería de longitud fija, de diámetro pequeño, instalada entre el condensador y el evaporador, generalmente se coloca por el lado de la tubería del liquido. Debido a la gran resistencia por fricción que resulta de su longitud y diámetro pequeño y por efecto de estrangulamiento resultante de la formación gradual de gas en el tubo a medida que la presión del líquido se reduce hasta un valor menor a la presión de saturación.

Para cualquier longitud de tubo y diámetro especificados la resistencia del tubo es fija o constante, de modo que la razón de flujo líquido a través del tubo en cualquier instante de tiempo es proporcional al diferencial de presión que se tiene a través del tubo (diferencia entre la presión de evaporación y la presión de condensación del sistema).

El tubo capilar difiere de los otros controles de flujo refrigerante, en que no cierra ni detiene el flujo líquido hacia el evaporador durante el ciclo de paro. Cuando para el compresor, se igualan las presiones en los lados de alta y baja presión a través del tubo capilar abierto y el residuo de líquido que se tiene en el condensador para pasar hacia el evaporador de presión menor, donde permanece hasta que nuevamente se inicia el ciclo del compresor. ver figura No.1

Fig. 1 Tubo Capilar

La restricción del dispositivo determina el desempeño del sistema.


 







Elemento de Control

 

 

 

 

 

Si el Flujo de refrigerante AUMENTA:
Ø    El consumo de energía es mayor.
Ø    La temperatura del evaporador es mayor.
Ø    Menor tiempo para lograr la temperatura.
 

Si el Flujo del refrigerante DISMINUYE:
Ø    El consumo de energía es menor.
Ø    La temperatura del evaporador es menor
Ø    Mayor tiempo para lograr la temperatura.



El dispositivo de expansión para controlar el flujo de refrigerante (figura 3), manteniendo una diferencia de presión entre los lados de baja y alta presión del sistema.

Figura 3   Tubo capilar de una unidad individua).

Con el fin de llevar un enfriamiento uniforme al evaporador y disminuir la caída de presionen el mismo en los sistemas de aire acondicionado es común que se encuentren varios circuitos de capilares entrando al evaporador.



Fig, 4 Control de flujo en una aire acondicionado tipo ventana

En el aparato minisplit el control de flujo varía, pudiéndose encontrar del tipo de orifico calibrado cuyo diámetro dependerá de la capacidad, considerando el nivel de restricción que debe existir para lograr una evaporación adecuada en el evaporador y así lograr el enfriamiento necesario del espacio.


Fig.5  Control de flujo en un aire acondicionado tipo mini split.

El sistema de alimentación de refrigerante utilizado en las unidades fabricadas durante muchos de los últi­mos años ha sido el tubo capilar. Algunos sistemas an­teriores emplearon la válvula de expansión automática (figura 6). Este tipo de válvula tiene la ventaja de que controla la presión que, a su vez, regula la tempe­ratura del evaporador. La formación de hielo sobre el serpentín queda así evitada por el control ejercido so­bre la presión

De todos modos, como sea que se utilizan actual­mente más tubos capilares que válvulas de expansión automáticas en los acondicionadores de aire individua­les, trataremos a continuación únicamente sobre dicho dispositivo de alimentación.

Figura 6   Algunas unidades emplean la válvula de ex­pansión automática.

La mayoría de uni­dades incorporan un intercambiador de calor entre el dispositivo de alimentación (tubo capilar) y la línea de aspiración (figura 7).

Figura 7.    Tubería de aspiración unida al tubo capilar para construir un intercambiador de calor.

En la mayor parte de estas unidades se constituye un intercambiador de calor entre el tubo capilar y la línea de aspiración. Con este sistema de intercambiador se añade algo de recalentamiento al gas aspirado y sé subenfría, a la vez, el refrigerante en la primera sección del tubo capilar. La presión y temperatura del refrige­rante se reduce a lo largo del tubo sin producir un in­tercambio de calor (figura 8). El tubo se halla más frío a la salida (cuando entra en el evaporador) que a la entrada (cuando sale del condensador). Cuando este tubo capilar se junta a la línea de aspiración, el resul­tado que se obtiene es de protección para el compre­sor. El aumento de subenfriamiento en el tubo capilar puede ayudar, además, a que el fabricante obtenga una mayor capacidad en el evaporador. Podrá observarse que este intercambio de calor mejora la función del tubo capilar, perjudicando a la de la línea de aspiración en todo cuanto hace referencia a su eficiencia. No se produce cambio alguno en el rendimiento de toda la unidad.

Figura 8 Presiones y temperaturas normales a lo largo del tubo capilar y el intercambiador de calor constituido en la línea de aspiración

El condesador del aire acondicionado


EL CONDENSADOR.

Al condensador el refrigerante llega en forma de vapor y al ir pasando por todo el serpentín y por la acción del ventilador como agitador del aire del medio ambiente hace que el mismo aire pase a través del serpentín y de esta forma convierte al refrigerante de vapor a líquido eliminando; por lo que las calorías absorbidas en el espacio acondicionado en el evaporador Lo envía al medio ambiente a una temperatura mas elevada. El condensador también es un elemento de transferencia de calor. Algunos condensadores de aire acondicionado están provistos con subenfriadores para una mayor eficiencia del sistema y la eliminación de las calorías

Debe tenerse en cuenta que la capacidad de un condensador se basa en los tres factores siguientes: Según Alarcón Creus (1992).
·         Superficie total de radiación formada por la del tubo y aletas.
·         Temperatura del aire ambiente en que esta empleado el condensador.
·         Velocidad del aire a través del condensador.


Fig. No. 6 Condensador.

Los condensadores están formados normalmente por tubo de cobre, o de aluminio, con aletas de aluminio de forma similar a los evaporadores (figura 7). El con­densador cumple dos propósitos, condensa el refrigerante evaporado portador de calor dentro de los tubos y eva­pora el agua de condensación proveniente del evapora­dor. Esta última función se cumple usando el calor de la línea de descarga y el aro de conducción del aire del ven­tilador del condensador (figura 8 ). La evaporación de este agua de condensación tiene dos finalidades, evita que la unidad gotee y mejora la eficiencia del condensador.


figura 7.Condensador de tubo con aletas



 Figura 8.   Humedad evaporada por la línea de descarga del compresor y el aro de conducción del aire del ventilador

El compresor de un Aire Acondicionado



Todo sistema mecánico esta provisto de un elemento principal que hace que el líquido o fluido circule en todo el sistema para lograr que se produzca el efecto esperado. En este caso los sistemas de refrigeración tienen un elemento principal que se llama compresor, cuya función es succionar y comprimir el refrigerante, que circula en todo el sistema, éste a su vez esta dividido de acuerdo a su funcionamiento en diferentes tipos siendo uno de ellos el compresor reciprocante Ver figura No 3


Fig. 3. Compresor hermético para  aire acondicionado.

El compresor se considera el elemento principal del sistema y esta constituido por las siguientes partes:
En la figura No. 4 se muestra las parte s que integran al compresor hermético


Fig.4. Partes que integran al Compresor Hermético

Cuerpo o carcasa
Biela
Bornes eléctricos
Plato de válvulas
Tubos de conexión (de succión, de descarga, y apéndice de carga)
Válvulas de aspiración y descarga
Pistones
Estator
Cilindros
Eje rotor
Cilindros de aspiración y descarga


Los compresores reciprocantes generalmente son una bomba del tipo pistón y cilindro, las partes principales incluyen el pistón, cilindro, biela de conexión, cabeza del cilindro y válvulas; estos elementos realizan la función de succionar y comprimir de la siguiente forma.
Cuando el estator recibe la energía eléctrica, se crea un campo magnético, que hace que el eje rotor empiece a girar moviéndose de esta forma el pistón, en el desplazamiento descendente del pistón se origina un área de presión baja entre la parte superior del pistón, el cabezal del cilindro y la línea de succión del evaporador. Esta serie de actividades origina que el vapor de refrigerante caliente entre a esta área de baja presión y temperatura.
En el desplazamiento de descarga (compresión) del pistón se actúa sobre un área superficial considerable de gas y se comprime al mismo para forzarlo a alta presión y mayor temperatura con el propósito de que se mueva, a través de una abertura de válvula pequeña hacia el condensador por la línea de descarga. Como se muestra en la fig.No.5

admisión

escape

Fig. No 5.

Las válvulas en el cabezal del cilindro están diseñadas de tal forma que, dependiendo de la parte del desplazamiento, una se encuentra abierta mientras que la otra está cerrada. Estas válvulas controlan parte del refrigerante gaseoso dirigiéndolo para que entre por la abertura hueca o la descarga a presión a través de las aberturas de las válvulas hacia el condensador.
Al regresar de la parte superior de su desplazamiento, el pistón permite nuevamente la entrada de refrigerante y el ciclo continúa. La biela de conexión origina que el pistón ascienda y descienda (movimiento aleatorio). La biela de conexión esta acoplada con un cigüeñal giratorio y sirve para cambiar el movimiento rotatorio en movimiento lineal (rectilíneo).

COMPRESORES ROTATIVOS DE PALAS DESLIZANTES.

Los compresores rotativos de rotor único cilíndricos, pueden ser: compresores de rodillo y compresores de palas.

COMPRESOR DE RODILLO.

En los compresores de rodillo el eje motor y el eje del estator son concéntricos, mientras que el eje del rotor es excéntrico una distancia e respecto a ellos, Fig II.9. Al deslizar el rotor sobre el estator se establece entre ellos un contacto, que en el estator tiene lugar a lo largo de todas y cada una de sus generatrices, mientras que en el rotor sólo a lo largo de una A, la correspondiente a la máxima distancia al eje motor.
El pistón deslizante, alojado en el estator, se aprieta y ajusta contra el rotor mediante un muelle antagonista ubicado en el estator. La admisión del vapor se efectúa a través de la lumbrera de admisión y el escape a través de la válvula de escape.
El vapor aspirado en el compresor, que llena el espacio comprendido entre el rotor y el estator, se comprime de forma que, al girar, disminuye progresivamente su espacio físico (cámara de trabajo), Fig II.10, hasta que alcanza la presión reinante en la válvula de escape, que en ese momento se abre, teniendo lugar a continuación la expulsión o
descarga del vapor.

















Fig II.9.- Compresor rotativo de pala deslizante

El volumen de vapor teórico desplazado por el compresor de estas características VD es de la forma:


siendo D el diámetro interior del estator,  d el diámetro del rotor, L la longitud de contacto (rotor-estator) y n el nº de rpm del rotor; la excentricidad e es la distancia entre el eje motor y el eje del estator




Fig II.10.- Funcionamiento de un compresor de rodillo de pala deslizante

COMPRESOR DE PALAS.


En este compresor el eje motor es excéntrico respecto al eje del estator y concéntrico respecto al eje del rotor Fig II.11. El rotor gira deslizando sobre el estator, con cinemática plana (radial), en forma excéntrica respecto a la superficie cilíndrica interior del estator, estableciéndose un contacto que, en el estator tiene lugar sobre una única generatriz, mientras que en el rotor tiene lugar a lo largo de todas sus generatrices; el rotor es un cilindro hueco con ranuras radiales en las que las palas están sometidas a un movimiento de vaivén, (desplazadores).
Bajo la acción de la fuerza centrífuga, las palas (1 ó más) aprietan y ajustan sus extremos libres deslizantes a la superficie interior del estator, al tiempo que los extremos interiores de dichas palas se desplazan respecto al eje de giro.


Fig. II.11.- Compresor de palas monocelular.


 Fig. II.12.-Compresor bicelular.  


 Fig II.13.-Compresor multicelular

La admisión del vapor se efectúa mediante la lumbrera de admisión y el escape a través de la válvula de escape. El vapor llena el espacio comprendido entre dos palas vecinas y las superficies correspondientes del estator y del rotor (cámara de trabajo), cuyo volumen crece durante el giro del rotor hasta alcanzar un valor máximo, y después se cierra y traslada a la cavidad de impulsión del compresor, comenzando al mismo tiempo el desalojo del vapor de la cámara de trabajo.
El funcionamiento del compresor de una pala es similar al del compresor de rodillo, siendo el volumen desplazado VD idéntico, el cual se puede incrementar añadiendo más palas o aumentando la excentricidad e.
La ubicación de la lumbrera de admisión en el estator, para una posición fija de la generatriz de contacto (rotor-estator), se fija de forma que el rendimiento volumétrico no disminuya demasiado, para así conseguir en el compresor un volumen desplazado VD máximo; esto implica que hay que situar la lumbrera de forma que el espacio comprendido entre dos palas consecutivas sea el máximo posible, en el instante en que la segunda pala termine de atravesar dicha lumbrera; a continuación este espacio físico en su giro hacia la válvula de escape, disminuye, dando lugar a la compresión del vapor hasta alcanzar la presión de salida, momento en que se efectúa el escape a través de la válvula correspondiente.
En el compresor monocelular (una pala), la posición de la lumbrera de admisión tiene que estar lo más cerca posible de la generatriz A de contacto (rotor-estator), Fig II.10, siendo el desplazamiento teórico (cámara de trabajo) idéntico al de un compresor de rodillo.
En el compresor bicelular (dos palas), la posición de la lumbrera de admisión es la indicada en la Fig II.12, siendo el volumen teórico desplazado (cámara de trabajo) proporcional a dos veces el área sombreada, que es la máxima que geométricamente se puede conseguir.
En el compresor multicelular, (cuatro o más palas), la posición de la lumbrera de admisión es la indicada en la Fig II.13, siendo el volumen teórico desplazado proporcional a cuatro veces el área sombreada, que es la máxima que se puede obtener.
Se observa que el desplazamiento aumenta con el número de palas (2, 4... veces el área sombreada), llegándose a construir compresores con 6, 8 y hasta 10 palas; con compresores de más de 10 palas no se generan ganancias sensibles en el volumen desplazado.
El volumen desplazado crece aumentando la excentricidad e (o lo que es lo mismo disminuyendo el diámetro d, para un diámetro D constante); esta solución genera un aumento de la fuerza centrífuga a la que están sometidas las palas, por lo que se ocasiona un rozamiento excesivo entre éstas y el estator, con su consiguiente deterioro y desgaste.
Otra solución consiste en incrementar el número de palas que permite reducir la excentricidad y los efectos perjudiciales de la fuerza centrífuga.


Fig II.14.- Funcionamiento del compresor multicelular.

Rendimiento volumétrico
Como no existe expansión del vapor entre las presiones de salida y entrada, el rendimiento volumétrico de este tipo de compresores es excelente, por lo que a bajas presiones de aspiración pueden funcionar de forma más eficiente que los alternativos.

Rendimientos indicado y mecánico
Los valores de estos rendimientos son análogos a los que se presentan en los compresores alternativos.

Lubricación
La lubricación es esencial para la buena conservación mecánica de los distintos órganos, y ara obtener un buen rendimiento.
El aceite ayuda al sellado de las holguras mecánicas y evita las fugas de vapor internas; una eficiencia en la lubricación se traduce en una caída de presión y de rendimiento.
Estos compresores funcionan con una cantidad de aceite superior a la de los alternativos de a misma potencia frigorífica, por lo que a la salida disponen de un separador de aceite.

Campo de utilización.
En cuanto al volumen desplazado, los compresores rotativos de rotor único se sitúan entre los alternativos y los centrífugos, es decir:


Teniendo en cuenta la magnitud del volumen de vapor (o gas) desplazado y su elevado rendimiento a bajas presiones de aspiración, les hace útiles en acondicionadores de aire e industrialmente como compresores booster en circuitos de compresión escalonada.
Por razones constructivas, raramente trabajan por encima de, 3 ÷ 5 Kg/cm2, no sobrepasando relaciones de compresión mayores de 7.

Ventajas.


Son máquinas poco ruidosas, no necesitan válvula de admisión por lo que el vapor aspirado entra de manera continua, y como no existen espacios muertos perjudiciales los rendimientos volumétricos son muy altos.

Inconvenientes.

Su fabricación exige una gran precisión.

COMPRESOR  ROTATIVO TIPO SCROLL.

Aunque el compresor Scroll, o de espiral fue descrito por primera vez en 1905 por el francés León Creux, sólo las recientes técnicas de mecanización por control numérico han hecho posible la fiabilidad de fabricación imprescindible para este tipo de compresores, cuyo diseño se basa principalmente en la consecución de tolerancias muy estrechas en piezas de forma geométrica complicada, como es el caso de los perfiles en espiral.
El compresor Scroll se puede considerar como la última generación de los compresores rotativos de paletas, en los cuáles éstas últimas han sido sustituidas por un rotor en forma de espiral.

 




Fig II.15.- Vista del conjunto árbol motor-rotor del compresor Scroll, y conjunto espiral móvil-eje del motor 



Fig II.15.- Conjunto espiral móvil-eje del motor 




Fig II.16.- Volutas fija y móvil



Como se puede comprobar, hay otra diferencia fundamental respecto a los compresores rotativos de paletas, y es la de que la espiral móvil del rotor no gira solidariamente con este último, sino que sólo se traslada con él paralelamente a sí misma.

Rodadura sin deslizamiento.- En la teoría de engranajes, los flancos de los dientes de un par de ruedas dentadas se diseñan de modo que sean perfiles de evolvente de círculos (la evoluta es, en este caso particular, un circulo denominado circulo base), con el objeto de conseguir así que los dientes rueden uno sobre el otro sin deslizamiento.

En el caso del compresor Scroll, el hecho de que los perfiles de las dos espirales sean de evolvente, permite a la espiral móvil rodar sin deslizamiento sobre la espiral fija, cumpliéndose en todo momento la alineación de los centros de las dos espirales y el punto de contacto entre ambas.

Funcionamiento.- En este tipo de compresores, las celdas o cámaras de compresión de geometría variable y en forma de hoz Fig II.15 están generadas por dos caracoles o espirales idénticas, una de ellas, la superior, fija (estator), en cuyo centro está situada la lumbrera de escape, y la otra orbitante (rotor), estando montadas ambas frente a frente, en contacto directo una contra la otra Fig II.16.




Fig II.17.a- Vistas del compresor Scroll en diversas etapas de funcionamiento



Fig II.17.b- Vistas del compresor Scroll en diversas etapas de funcionamiento


La espiral fija y la móvil cuyas geometrías se mantienen en todo instante desfasadas un ángulo de 180º, merced a un dispositivo antirotación, están encajadas una dentro de la otra de modo que entre sus ejes hay una excentricidad e, Fig II.16 en orden a conseguir un movimiento orbital de radio e del eje de la espiral móvil alrededor del de la espiral fija. Fijándose exclusivamente en el conjunto (árbol motor-rotor) Fig II.15, con cada giro de 360º del árbol motor se imprime a la espiral inscrita en el plato, rotor excéntrico, los dos movimientos siguientes:
a) Uno de rotación de 360º  alrededor de su eje, (que tendría lugar igualmente sí el valor de e fuera nulo)
b) Otro simultáneo de traslación paralela a si misma alrededor del eje del árbol motor (que no se produciría si el valor de e fuese nulo).
Si se desea que la espiral describa únicamente éste último movimiento de traslación orbital sin la rotación producida por el hecho de estar solidariamente sujeta al plato, es necesario eliminar mediante un dispositivo antirotación, ésta última unión rígida, lo que se consigue montando la espiral móvil sobre un simple cojinete vertical de apoyo, concéntrico con ella.
De esta manera, el giro del árbol motor o cigüeñal arrastra al conjunto del caracol móvil, haciéndole describir alrededor del árbol motor (y por lo tanto alrededor del centro del caracol fijo, punto donde está situada la lumbrera de escape), una órbita de radio e sin rotación simultánea.
Como consecuencia de este movimiento, las mencionadas celdas, y el vapor atrapado en ellas, son empujadas suavemente hacia el centro de la espiral fija, al mismo tiempo que su volumen se va reduciendo progresivamente, comprimiendo el vapor; cuando éste llega al centro de la espiral fija, se pone en comunicación con la lumbrera de escape ubicada en él, produciéndose de esta manera la descarga del vapor.
El funcionamiento se puede descomponer en las tres fases siguientes:
Aspiración: en la primera órbita, 360º, en la parte exterior de las espirales se forman y llenan completamente de vapor a la presión p1 dos celdas de volumen V1


Fig II.18.-  Diversas posiciones de las volutas.

Compresión: en la segunda órbita, 360º, tiene lugar la compresión a medida que dichas celdas disminuyen de volumen y se acercan hacia el centro de la espiral fija, alcanzándose al final de la segunda órbita, cuando su volumen es V2, la presión de escape p2.

Descarga: en la tercera y última órbita, puestas ambas celdas en comunicación con la lumbrera de escape, tiene lugar la descarga (escape) a través de ella.
Cada uno de los tres pares de celdas, estarán en cada instante en alguna de las fases descritas, lo que origina un proceso en el que la aspiración, compresión y descarga tienen lugar simultáneamente y en secuencia continua, eliminándose por esta razón las pulsaciones casi por completo.

PRESIÓN FINAL DE COMPRESIÓN..

Todo lo dicho para los compresores helicoidales, es válido también para el compresor Scroll.
Al igual de lo que acontecía con el compresor helicoidal, en el caso del Scroll pueden asimismo presentarse los tres casos representados en la Fig II.19.

REGULACIÓN DE LA CAPACIDAD.

Algunas compresores utilizan una válvula deslizante o de corredera montada en el estator, que permite abrir secuencialmente una serie de lumbreras de by-pass practicadas en el fondo de él, variándose de esta forma el valor del volumen V1 de vapor realmente admitido en el compresor, sistema similar al descrito en la regulación de los compresores de tornillo.


Fig II.19.-Presión final de compresión; casos posibles.

Si todas las lumbreras de by-pass permanecen cerradas, únicamente queda abierta la de escape, proporcionando el compresor en este caso el máximo de su capacidad. Este sistema consigue una regulación suave y progresiva de la capacidad del compresor.
Otros compresores consiguen un cierto grado de regulación mediante la fabricación de unidades múltiples equipadas con dos o más compresores Scroll de tamaños iguales, o diferentes, montados en paralelo, lo que permite cubrir una amplia gama de capacidades frigoríficas y fraccionar la potencia frigorífica de modo escalonado.
A título de ejemplo, una unidad tándem compuesta por dos compresores diferentes, uno del 40% y el otro del 60% de la potencia frigorífica total, posibilita el escalonamiento siguiente: 40% (funcionando sólo el primero), 60% (ídem el segundo) y 100% (ídem los dos).
Para los tamaños pequeños, y si la frecuencia de paradas y puestas en marcha no es excesiva, se utiliza el control “on-off”, parando y arrancando el motor por medio de un termostato o un presostato.

CAMPO DE UTILIZACIÓN.

Se emplean en el campo de los pequeños desplazamientos (aire acondicionado y bomba de calor en viviendas) para potencias frigoríficas comprendidas entre 5 y 100 kW, ocupando un espacio intermedio entre los compresores rotativos y los alternativos. Hasta la fecha se fabrican solamente herméticos.
El vapor se introduce en la carcasa del compresor, por su parte inferior, en donde está situado el motor, pasando por entre los devanados del Lubrica y rotor, refrigerándolos; a la salida del motor el vapor reduce su lubricación facilitándose de este modo la separación de la mayor parte del aceite arrastrado por el vapor de aspiración.

LUBRICACIÓN.

La lubricación de los dos cojinetes del cigüeñal y el de apoyo de la espiral móvil, se realiza con aceite impulsado a través del interior del cigüeñal mediante una bomba centrífuga sumergida en el cárter y movida por el mismo cigüeñal.
Este circuito de aceite está separado de las superficies de contacto de ambas espirales, cuya lubricación está asegurada por la pequeña cantidad de aceite arrastrado por el vapor de aspiración.

PÉRDIDAS MECÁNICAS POR ROZAMIENTO.

La inexistencia de juntas y segmentos en los compresores Scroll, característica común también a los helicoidales, hace que las pérdidas mecánicas por rozamiento en este tipo de compresores, sean más bajas en comparación con las que se producen en los compresores alternativos.

ESTANQUEIDAD.

Para conseguir la estanqueidad suelen llevar mecanizada en el borde superior de ambas espirales una ranura que cumple el mismo cometido de sellado que los segmentos en los pistones de  los compresores alternativos.
Si entre ambos lados de la ranura (dos celdas en diferentes estadios de compresión) existe una diferencia de presiones Dp, el caudal de fluido (vapor o gas) que se filtrará de una celda a la otra, disminuyendo el rendimiento volumétrico del compresor, será tanto menor cuanto mayor sea la resistencia que se oponga a dicho flujo.
Esta resistencia, que es función de la holgura existente entre las superficies en contacto de ambas espirales, se aumenta practicando la ranura antes mencionada, que recibe el nombre de cámara de alivio. Su misión es originar un ensanchamiento brusco seguido de una contracción de la vena fluida, dos resistencias adicionales que no se presentarían de no existir dicha acanaladura. La diferencia de presiones P1 entre dos cámaras de compresión adyacentes, es siempre menor que la (pc - pe) generada por el compresor, lo que evidentemente disminuye todavía más el riesgo de fugas y filtraciones.

Ventajas.

 Los circuitos frigoríficos y de bomba de calor que utilizan compresor Scroll alcanzan valores del COP inusualmente altos, posibles únicamente debido al elevado rendimiento volumétrico que tiene este compresor para todas las condiciones de funcionamiento que pueden presentarse (relaciones de compresión diversas).

Las causas de este buen rendimiento volumétrico son:
a) Inexistencia de espacio muerto perjudicial.
b) Ausencia de válvulas de admisión y escape así como de segmentos que elimina tanto posibles retrasos en su apertura como inestanqueidades.
c) El contacto, tanto en los flancos de las espirales como en sus bases y bordes superiores, es perfecto y constante (adaptabilidad axial y radial muy buena).
d) Mínimo efecto de pared merced a la separación física de las zonas de aspiración (exterior espirales) y descarga (interior espirales)

Otra consecuencia beneficiosa del elevado rendimiento volumétrico que poseen este tipo de compresores es su menor desplazamiento o tamaño, comparado con el necesario para un alternativo de la misma potencia frigorífica.

La simultaneidad conque se producen la aspiración, compresión y escape del vapor en un compresor Scroll, en comparación con las fases correlativas en las que ocurren en uno alternativo, hace que las variaciones del par motor en un compresor Scroll sean mucho más reducidas que en uno alternativo, disminuyendo por esta razón los esfuerzos a que está sometido el motor así como las vibraciones; a señalar igualmente la ausencia casi total de pulsaciones.

Como las vibraciones; a señalar igualmente la ausencia casi total de pulsaciones.
Una elevada fiabilidad de funcionamiento, lo que se traduce en un índice muy bajo de fallos, debido principalmente a los tres aspectos de diseño siguientes:
a) Pequeño número de partes móviles, un 60% menos que en un compresor alternativo
b) Ausencia de válvulas
c) Buena resistencia frente a los esfuerzos causados por la llegada al compresor de líquido y/o partículas sólidas (suciedad)

Excelente nivel sonoro, (6 db), menor que el de los compresores alternativos de su rango y esto debido a que la espiral móvil rueda sin deslizamiento sobre la espiral estacionaria
Como la espiral móvil rueda sin deslizamiento sobre la espiral estacionaria, el desgaste experimentado por las superficies espirales en contacto es mínimo.
Tamaño y peso pequeño, un 40% y un 15% menor que el de uno alternativo, respectivamente.

Inconvenientes.

 El hecho de no estar inherentemente equilibrado, al contrario de lo que sucede con los compresores de tornillo, impone un límite e impide de modo decisivo la fabricación de compresores Scroll de tamaños grandes.
A presiones de escape altas, las dos espirales, la estacionaria y la orbital, tienden a separarse debido al empuje generado por la presión interna del vapor; esto se traduce en un aumento de las holguras, lo que a su vez reduce el rendimiento del compresor. Para evitar este aspecto negativo, algunos fabricantes utilizan espirales compensadas en presión, haciendo gravitar la presión de alta o una intermedia en el reverso de al menos una de las espirales.

Selección.

La selección del compresor más adecuado a las necesidades de proyecto, se efectúa mediante las curvas características suministradas por el fabricante. En ellas se indica, para cada par de presiones de condensación y evaporación, la potencia frigorífica producida y la eléctrica consumida por cada modelo de compresor que utiliza un fluido frigorígeno determinado y en base a unos valores de recalentamiento y subenfriamiento que varían de unos catálogos a otros. Es norma que los distintos tamaños de compresores de una misma firma tengan idéntico perfil de espirales, pero diferentes alturas axiales y, por lo tanto, distintos desplazamientos.

Suministro estándar
-  Compresor cargado con aceite  polioléster
-  Conexiones Rotalock
-  Mirilla de control de aceite (extraíble para montaje en paralelo)
-  Conexión tipo obús para llenado y  vaciado de aceite
-  Soportes de goma
-  Termostato de descarga
-  Protector de motor INT69-SCY en  los modelos  ZF y ZS : únicamente  7,5 a 15 HP.

Modelos ZF:
9 modelos de 3 a 15 HP adecuados para sistemas de refrigeración de temperatura media y baja con R404A
y R22 (+7ºC hasta –45ºC).
La diferencia entre los compresores ZS y ZF radica en el enfriamiento adicional que se obtiene en el compresor ZF al inyectar una pequeña cantidad de refrigerante a mitad del proceso de compresión (en el centro de las espirales) mediante una válvula DTC (control de temperatura de descarga) o un tubo capilar, únicamente en los modelos de 7,5 a 15 HP.
Este sistema de inyección resulta muy eficaz y no afecta a la eficiencia volumétrica del compresor.
Este enfriamiento adicional puede asimismo combinarse con el subenfriamiento de líquido añadiendo un economizador por medio del tubo capilar. Ello permite incrementar la capacidad y la eficiencia  del sistema.

Modelos ZS:
9 modelos de 3 a 15 HP adecuados para sistemas de refrigeración de temperatura alta y media (+7ºC hasta
–30ºC) con R404A, R134a y R22 .

Modelos ZB:
12 modelos de 2 a 15 HP adecuados para sistemas de refrigeración de temperatura alta y media (+10ºC hasta –30ºC) con R404A, R134a, R407C y R22 .

Accesorios (obligatorios)
- Únicamente ZF: Válvula DTC (control de temperatura de descarga) en los modelos ZF09 a ZF18.
-  ZF24 a ZF48: Tubo capilar
- Válvulas Rotalock
-  Subenfriador (intercambiador de  placas), sólo ZF
-  Calentador de cárter (tipo  envolvente)
-          Soportes rígidos para montaje en  paralelo

Para los sistemas de refrigeración en los que se requieren niveles de ruido muy reducidos, para todos los compresores scroll se pueden suministrar fundas insonorizantes. En las pruebas realizadas en Copeland con estas fundas se ha obtenido una reducción de ruido de 7 dBA.

Denominación de modelos
1 Z = scroll
2 F = temperaturas medias / bajas
S = temperaturas altas / medias
B = temperaturas altas / medias
3 capacidad nominal en BTU/h a 60 Hz; multiplicador "K" para 1000 y  "M" para 10000
4  variante de modelo
5  aceite polioléster
6 versión de motor
7 551: tubos roscados Rotalock,  mirilla de control de aceite, válvula de obús.
556: tubos roscados Rotalock,  mirilla de control de aceite, válvula DTC, válvula de obús.





LÍNEA  DE COMPRESORES HERMÉTICOS.

POTENCIA NOMINAL EN HP

 

CARACTERÍSTICAS Y CONEXIONES BÁSICAS,


El moto-compresor se encuentra encerrado dentro de una carcasa formada por dos piezas de chapa de acero forjado soldadas entre sí. Su diseño es tal, que ha sido concebido para no ser desensamblado con el propósito de efectuar posibles reparaciones. El motor eléctrico es enfriado por los gases de la succión en todos los modelos. La carcasa se llena con dichos gases, que son posteriormente conducidos a los cilindros, comprimidos y descargados fuera del compresor hacia el condensador.
Las conexiones de Succión y de Descarga pueden ser para unión soldada o roscada.
Existen modelos de 1, 2, o 4 cilindros, según cual sea la línea de producto considerada.

 

TIPOS DE  CUERPOS  EN  COMPRESORES HERMÉTICOS.


Dependiendo del modelo, los cuerpos de los compresores pueden tener 1, 2 o 4 cilindros. Los modelos “A” y “R” tienen un solo cilindro. Los “C” dos cilindros y los “B”/“Q” tienen 4, aunque dispuestos en forma distinta a la que le correspondería a los ejemplos aquí mostrados. En la figura pueden verse cuerpos de compresores de uno y dos cilindros. Nótense los orificios donde el cuerpo del Estator del motor estará atornillado.

 

DISPOSICIÓN MOTOR / COMPRESOR.


Estos son los compresores de la línea “A”, en los que el motor está debajo y el único pistón arriba.

 

CONFIGURACIÓN ESTATOR-BLOQUE.


La familia “B” posee una construcción interna particular, si se los compara con el resto de los compresores herméticos Copeland. El Estator está clavado al cuerpo y no atornillado como en el resto de los compresores herméticos.
Esto le da una mayor solidez a la unión y permite una mejor disipación de calor en la masa del cuerpo del compresor.


 

COMPONENTES INTERNOS DE COMPRESORES CRK*6.


Este es el interior de un compresor CRK*6, de alta eficiencia.



COMPONENTES MECÁNICOS: RESORTES, BUJES, CIGÜEÑAL.

El moto-compresor está suspendido entre resortes para disminuir el ruido y las vibraciones. Los resortes a los lados del cuerpo ayudan a disminuir el efecto del torque en el arranque. El eje cigüeñal es vertical y común para el motor y el compresor. El motor eléctrico es de dos polos y puede girar a 3.600 rpm en 60Hz o a 2.900 rpm en 50Hz. El eje está suspendido entre dos bujes. El resorte superior protege al eje en caso de movimientos durante la manipulación del compresor o su traslado.


ATRIBUTOS DE S COMPONENTES MECÁNICOS DE LA FAMILIA  “C”.

Aquí pueden verse las partes de un compresor de la familia “C”. El cigüeñal es excéntrico, las bielas son enterizas, los pistones son de fundición de hierro, en las versiones más antiguas y el plato de válvulas es de tipo convencional “Reed”, con láminas haciendo las veces de válvulas de succión y de descarga. Durante el montaje en fábrica, los conjuntos de pistón-biela se montan primero en el cuerpo y el cigüeñal después.


PISTONES CON ALTOS ATRIBUTOS.

Las nuevas líneas de modelo “C”, más eficientes que las anteriores, poseen pistones de aluminio (masa reducida, menor vibración) y aros de fundición (mayor resistencia al desgaste).

PLATOS DE  VÁLVULAS.

Las láminas de succión y de descarga se encuentran remachadas al plato de válvulas.

BASES  METÁLICAS Y  CAUCHOS ANTIVIBRATORIOS

Esta línea de compresores posee patas metálicas (3 o 4 según el modelo) o rieles soldados externamente en su base. Dichas patas poseen un orificio dentro del cual se insertan tacos de goma (kit de montaje) que intentan evitar la transmisión de vibraciones durante el funcionamiento. Dentro del orificio del taco de goma, se instala una camisa metálica que impedirá que la goma se aplaste al momento de ajustar el tornillo de montaje. En algunas aplicaciones especialmente críticas, suelen instalarse resortes en lugar de tacos de goma.

 

RESISTENCIA DE CÁRTER.


La figura muestra un Calefactor de Cárter de inserción en la línea “C”. Es, en realidad, una resistencia eléctrica del tipo NTC que se autorregula en función de la temperatura ambiente (mayor resistencia a una menor temperatura ambiente). Este tipo de calefactores previene la migración de gas refrigerante hacia el aceite del compresor durante largos períodos de parada, evitando los denominados arranques inundados. Otros modelos suelen emplear calefactores de cárter de collar y de potencia fija.


FAMILIA DE PRODUCTOS CR
El desarrollo de la tecnología CR*K6 ha dado como resultado una nueva generación de compresores de la familia “C”, todos ellos con una mayor confiabilidad y un más bajo nivel sonoro.
En base a ciertos cambios en el diseño interno, a partir del modelo CR*K6 de alta eficiencia, surgen las familias de modelos “Optima” (CR*KQ). Aparecen también compresores específicamente diseñados para aplicaciones en Refrigeración (“CS”; “CF”) con gases sin cloro (HFCs) y aceite POE.

 

CONDICIONES ARI.


Las Condiciones ARI (American Refrigeration Institute) se emplean para unificar las condiciones en las que las capacidades nominales son publicadas por los distintos fabricantes de compresores. También sirven para unificar criterios en la publicación de otros parámetros como, por ejemplo, la eficiencia energética.
Condiciones Nominales
Te = 7,2°C.
Tc = 54,4°C
Tamb = 35°C
Tlíq = 46,1°C
Tgas ret. = 18,3°C

 

INFORMACIÓN DISPONIBLE EN PLACAS.


Aquí puede verse el formato de las etiquetas de los compresores de la línea “CRK*6”. Obsérvese que la nomenclatura incluye la capacidad del compresor en condiciones ARI a 60Hz (42K = 42.000 Btu/hr).
Antiguamente, era común registrar en la placa la potencia nominal del compresor en Hp. Los nuevos diseños, con mayor eficiencia volumétrica y energética, hacen que el comparar compresores por potencia nominal del motor o por desplazamiento volumétrico sea absolutamente inexacto.

 

FLUJO DE GASES DE SUCCIÓN.


Aquí puede verse el flujo de los gases de la succión en un corte típico de un compresor hermético.


FLUJO DE GASES DE DESCARGA.

El flujo de los gases comprimidos se realiza a través del “Muffler” de descarga, luego internamente por tubería en la zona del cárter hasta salir del compresor por la conexión de descarga.


LOCALIZACIÓN DE VÁLVULA DE ALIVIO, SILENCIADOR Y TÉRMICO.

Los compresores de más de 1Hp nominal (excepto los B/Q), poseen una válvula de alivio “IPR” instalada sobre el “Muffler” que abrirá a una presión diferencial de más de 400psi. Al abrirse, los gases de la descarga harán que la temperatura dentro de la carcasa crezca, haciendo que el protector térmico interno del compresor corte.
El “Muffler” de descarga es un atenuador interno de ruido y vibraciones. Obsérvese el recorrido posterior de la tubería de descarga diseñada para soportar los torques violentos de arranque y descarga.

MODELOS CON CARCASA INTERMEDIA.


Algunos modelos poseen una carcasa interna sobre el Bobinado, con orificios por los cuales es impulsado el gas de la succión a través del Estator, para entrar luego en la cavidad de succión de los cilindros.

 

CIRCUITO DE LUBRICACIÓN.


La lubricación se efectúa gracias a la fuerza centrífuga, desde la base del cigüeñal hacia arriba, a través de un orifico central y longitudinal dentro del eje, conectado con orificios transversales a cada uno de los bujes. El aceite que fluye por los intersticios de los bujes alcanza los pernos y los aros en forma de “spray”. Este efecto produce que parte de la carga original de aceite sea impulsado al sistema. Dado que este tipo de compresores no posee visor de aceite STD, es necesario extremar los cuidados al diseñar el sistema para asegurar un adecuado retorno de aceite.

FAMILIA DE PRODUCTOS CR
Los compresores “CS”; “CF” han sido específicamente diseñados para aplicaciones en refrigeración para Media y Baja Temperatura, con refrigerantes sin cloro (HFCs) y aceite POE. La línea va de 1 a 3Hp nominales de potencia.


COMPRESORES “CF” GUÍA DE APLICACIÓN.

La aplicación de compresores herméticos en Baja Temperatura requiere de un cuidado especial.

Condensadores
        Correctamente Seleccionados, con Bajos D.T.
        Mantenerlos Limpios
        Minimizar Pérdidas de Carga en la Línea de Succión
        Mantener la Temperatura del Gas de Retorno por Debajo de Los 4,4°C
        Aislar Correctamente la Tubería de Succión
        Sobrecalentamiento Total 10°C, medido a 6” de la Válvula de Servicio de Succión
        Temperatura en la Descarga No debe Superar los 107°C, Medidos a 6” de la Válvula de Servicio de Descarga
        Ajuste del Presostato de Baja Mínimo de 7psi
        Acumulador de Succión
        Pump Down
        Calefactor de Cárter
        Recomendable en Todos los Casos

COMPRESORES FAMILIA B/Q- COMPONENTES.


La familia de compresores Reciprocantes Copeland de la línea B/Q se extiende desde los 7,5 hasta los 12Hp.
Son compresores de cuatro cilindros. El fundamento mecánico de su operación es el denominado Yugo Escocés.
El conjunto de pistones y yugos se encuentra en la parte inferior del compresor, dentro de una carcasa interna de fundición de hierro.
Este tipo de compresores son provistos con un calefactor de cárter del tipo collar directamente desde la fábrica.



¿ CÓMO TRABAJA UN BR?.

El principio mecánico básico de funcionamiento se denomina Yugo Escocés.
El conjunto de Yugo Escocés y Bloque
Deslizante, junto a los Muñones Excéntricos del Cigüeñal generan el movimiento alternativo de los pistones

YUGO ESCOCÉS.


El ensamble en forma de yugo escocés es doble (uno cada dos cilindros, de los cuatro que poseen estas máquinas).
Los Yugos, los Bloques Deslizantes y los Pistones son de aluminio.

 

CICLO DE COMPRESIÓN DEL YUGO ESCOCÉS.


En la secuencia puede observarse como el desplazamiento longitudinal del Bloque dentro del alojamiento del Yugo,
transforma el movimiento rotatorio del cigüeñal de muñones excéntricos en alternativo de los pistones en cada extremo.