Compresores frigoríficos: tipos, funcionamiento y averías

Conceptos Básicos

1. Relación de Compresión: Presión absoluta de descarga / Presión absoluta de aspiración.
2. Caudal Volumétrico o Desplazamiento Volumétrico: Volumen desplazado por el compresor en la unidad de tiempo, L/s, m³/h.
3. Caudal Específico o Másico del Fluido Refrigerante: m = V / Ve, (Kg/s).
4. Potencia Frigorífica del Compresor: Pc = m (hs-he), (Kcal/h), donde hs-he es la diferencia de entalpía del refrigerante entre la entrada y la salida.
5. Eficiencia de la Máquina Frigorífica: COP = ε = Qo (potencia frigorífica de la máquina) / Pc. También, el COP = qo (efecto frigorífico) / T.
6. Rendimiento del Compresor: R = Pu (potencia útil) / Pa (potencia absorbida).

Selección de un Compresor Frigorífico

La temperatura de operación es un factor clave en la selección:

• Baja Temperatura: -35ºC a -10ºC. Aplicaciones: Congeladores y refrigeradores.
• Media Temperatura: -15ºC a -5ºC. Aplicaciones: Mostradores comerciales y bebederos.
• Alta Temperatura: -5ºC a +15ºC. Aplicaciones: Deshumectadores, enfriadores de líquido.

Clasificación de Compresores Frigoríficos

Los compresores se clasifican en dos categorías principales:

A. Compresores Aerodinámicos o de Impulsión

Aceleran los vapores, aumentando su presión gracias a la fuerza centrífuga:

• Centrífugos o de flujo radial.
• De flujo axial.

B. Compresores Volumétricos o por Desplazamiento Positivo

Reducen el volumen de los vapores aumentando su presión. Se subdividen en:

Rotativos

• Un rotor:
  • Espiral o Scroll.
  • Flujo rotativo, de álabe estático o de pala deslizante.
  • Paletas.
• Dos rotores:
  • Engranajes o Roots.
  • Trilobular.
  • Bilobular.
  • Tornillo o Helicoidal.

Alternativos o de Pistón

• Abiertos.
• Herméticos.
• Semiherméticos.

Compresores Alternativos: Características y Funcionamiento

Los compresores alternativos transforman el movimiento rotativo en lineal. Aunque tienen pérdidas de energía por la transformación del movimiento y limitación de velocidad por inercia, son insustituibles por su precio y flexibilidad.

Funcionamiento del Compresor Alternativo

1. El pistón comienza su carrera (desde el punto muerto inferior). Las válvulas de aspiración y descarga están cerradas. El volumen ocupado por el gas disminuye, aumentando su presión.
2. La presión del gas en la camisa iguala la suma de la presión de descarga más la de los muelles de fijación de la válvula de descarga, abriéndose esta y dejando escapar el gas comprimido.
3. El pistón llega a su punto muerto superior. Hasta este momento, el gas ha ido saliendo. Queda un 4% o 5% de espacio muerto, imprescindible para prevenir el juego de ajuste y dilataciones por calor.
4. En la carrera descendente, la válvula de descarga se cierra. La válvula de aspiración se abre cuando la presión del gas en el cilindro iguala la presión de aspiración más la de los muelles de fijación de la válvula de aspiración.

Magnitudes Características de un Compresor Alternativo

1. Cilindrada:
   • Para un pistón: C = L π D²/4.
   • Para varios pistones: C = (L π D²/4) x Nº de pistones, en m³, cm³, dm³.
2. Desplazamiento Volumétrico del Pistón: V = C n = (L π D²/4) x Nº de pistones / 60, (m³/s).
3. Rendimiento Volumétrico: Rv = V (volumen real) / Dv (desplazamiento volumétrico).

Elementos de un Compresor Alternativo

1. Cárter: Construido para una perfecta estanqueidad respecto al aceite y al refrigerante.
2. Cilindros: Deben tener resistencia a la presión más elevada de la instalación y estanqueidad. Un resorte evita accidentes por golpes de líquido.
3. Bielas.
4. Pistones: Ligeros para disminuir la inercia, con aleaciones ligeras. Segmentos bien ajustados aseguran la estanqueidad entre pistón y cilindro. Segmentos de compresión en la parte superior y de engrase en la inferior.
5. Válvulas: De aspiración y compresión, permiten la comunicación alternativa del cilindro con la aspiración e impulsión. Deben ser perfectamente estancas. Su apertura se produce por una depresión en la aspiración y una sobrepresión en la descarga.
6. Prensaestopas o Sello de Estanqueidad: Realiza una perfecta estanqueidad entre una pieza en movimiento y una fija, evitando calentamientos, desgaste y consumos excesivos. Evita fugas de refrigerante y entrada de aire.

Clasificación de los Compresores Alternativos

1. Según su forma: Horizontal, vertical, en V o W.
2. Según el acoplamiento motor-compresor: Cárter abierto, cerrado o semihermético.
3. Según el número de compresiones: Una o dos etapas de compresión.

Ventajas y Desventajas de los Compresores Alternativos

Ventajas

• Herméticos: Coste y espacio reducidos, sin junta de estanqueidad, mejor tolerancia a golpes de líquido, sin problemas de acoplamiento y alineación.
• Semiherméticos: Accesibilidad a órganos mecánicos y eléctricos, sin junta de estanqueidad, sin problemas de acoplamiento y alineación, potencias hasta 100 CV, mayor resistencia y vida que los herméticos.
• Abiertos: Accionamiento por cualquier motor, imposibilidad de contaminación del circuito frigorífico, facilidad de intervención en el motor, vida útil muy alta.

Desventajas

• Herméticos: Gama de potencia reducida, prestaciones inferiores, inaccesibilidad del conjunto, posible ataque químico al motor.
• Semiherméticos: Débil resistencia a golpes de líquido, mayor coste que los herméticos.
• Abiertos: Posibilidad de fugas por la junta de estanqueidad, problemas de alineación, débil resistencia a golpes de líquido, coste más elevado.

Identificación de Averías Mecánicas en Compresores

La mayoría de los fallos se deben a deficiencias del sistema. Una inspección completa del compresor averiado es imprescindible.

Tipos de Averías

1. Retorno de Refrigerante Líquido: El refrigerante líquido se mezcla con el aceite, alterando su capacidad de lubricación. Puede causar desgaste en los bujes y fallos eléctricos.
2. Arranque Inundado: Desgaste errático en el cigüeñal y bujes de bielas. Puede ocurrir durante la carga de gas, antes del arranque o en desescarches.
3. Golpe de Líquido: Ocurre cuando el compresor intenta comprimir líquido.
4. Sobrecalentamiento del Compresor: Se manifiesta con residuos de carbón, signos de temperatura en la cabeza del cilindro y partículas metálicas en el cárter. Afecta la viscosidad del aceite.
5. Fallo de Lubricación (Pérdida o Falta):
   1. Pérdida de disposición de trampas de aceite a la salida de los evaporadores. Falta de pendiente de la línea de succión hacia el compresor.
   2. Puede ocurrir cuando el aceite se mezcla con refrigerante líquido en el cárter. Causa desgaste en el buje principal.