causas de fallas en compresores de refrigeración y aire

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
ZONA POZA RICA - TUXPAN
“CAUSAS DE FALLAS EN COMPRESORES DE
REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO”
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICO
PRESENTA
C. ULISES MARTAGÓN RODRÍGUEZ
DIRECTOR DEL TRABAJO RECEPCIONAL
M. C. ÁLVARO CASADOS SÁNCHEZ
POZA RICA, VER.
2006
ÍNDICE.
INTRODUCCIÓN
CAPITULO I
I.1 JUSTIFICACIÓN………………………………………...........
10
I.2 TIPO Y NATURALEZA DEL TRABAJO…………………….
11
I.3 CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES PRINCIPALES…….
12
CAPITULO II
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS…………………………………….
14
II.2 CICLOS DE REFRIGERACIÓN…………………………….
19
II.3 GOLPES DE LÍQUIDO………………………………………
29
II.4 INUNDACIÓN…………………………………………………
38
II.5 ARRANQUE INUNDADO……………………...…………….
42
II.6 PERDIDA DE LUBRICACIÓN………………………..……..
50
II.7 CONTAMINACIÓN…………………………………………...
52
II.8 SOBRECALENTAMIENTO………….………………………
59
II.9 COSTOS………………………………………………………
75
CAPITULO III
III.1 APORTACIONES O CONTRIBUCIONES AL
DESARROLLO……………………………………………
78
III.2 BIBLIOGRAFÍA……………………….................................
81
III.3 ANEXOS…………………………………..………………….
82
III.4 APÉNDICE………………………………………….………..
85
A DIOS:
Gracias Señor porque tú nos llenas de bendiciones y hasta ahora has
estado con nosotros, especialmente por la bendición que me das de terminar
este trabajo y alcanzar uno de mis grandes anhelos “Titularme” que el honor y
la gloria sean solo para tu Santo Nombre. Amen.
A MI FAMILIA:
Gracias especialmente a mi Madre Yolanda, quien con ayuda de
Dios, con su gran esfuerzo y dedicación ha logrado sacar adelante esta familia
y darnos a mis hermanos y a mi una profesión para ser hombres de provecho y
útiles a la sociedad. Por ese magnifico ejemplo que nos has dado, deseo ser
como tú. Gracias mamá.
A mi hermana Perla, porque siempre has estado con nosotros y en
todo momento hemos sentido tu apoyo y tu aliento. Por ser mi segunda mamá y
consentirme mucho jaja.
A mi hermana Zuri, por ser un gran apoyo para mi y porque siempre
que te necesito estas allí presta para ayudarme. Gracias por que estas
pendiente en todo momento de tu familia.
A mi hermano Raúl, por estar conmigo siempre y por apoyarme en
todo cuanto puedes.
A mí cuñado Rafael, porque sé que en ti tengo a otro hermano y que
podemos contar contigo en todo, gracias por haber llegado a nuestra familia.
A mis sobrinas Getsi y Dani y a mi sobrino Raulito, por ser la chispa
que alegra a nuestra familia.
Los amo y siempre los llevo en mi mente y en mi corazón.
A MI NOVIA:
La ingeniero Tania Barreto Rodríguez por ser mí mejor amiga, por su
gran colaboración en la realización de este trabajo y por ser mi apoyo
incondicional en todo momento. Gracias por estar conmigo y ayudarme a lograr
esta meta. Te quiero mucho.
AL DIRECTOR DE MI TRABAJO RECEPCIONAL:
El M.C. Álvaro Casados Sánchez, por ser excelente catedrático,
porque en cada una de sus clases se deja ver su entrega y dedicación para que
cada uno de sus alumnos comprenda claramente los temas abordados. En
especial por su gran ayuda y apoyo en la realización de este trabajo.
AL DIRECTOR DE LA F.I.M.E.:
El Ing. Juan Carlos Anzelmetti Zaragoza por las magnificas clases
que nos impartió, por sus oportunos consejos, pero sobretodo por la gran ayuda
que recibí de él cuando mas lo necesite en el transcurso de mi carrera.
AL DIRECTOR DE CAPACITACIÓN DE CARRIER MÉXICO:
El Ing. Luis Felipe Maldonado por su gran amabilidad y atención en
mi visita a la prestigiosa planta de aire acondicionado “Carrier” en la ciudad de
Monterrey N. L. Por la valiosa información que me brindo y que fue de gran
apoyo para la elaboración de mi trabajo recepcional.
¡A CADA UNO DE USTEDES MIL GRACIAS!
INTRODUCCIÓN
La refrigeración es la transferencia de calor de una región de temperatura
inferior hacia una de temperatura superior. Los dispositivos que producen
refrigeración se llaman refrigeradores o bombas de calor, y los ciclos en los
cuales operan se les denominan ciclos de refrigeración. El ciclo de refrigeración
empleado con mas frecuencia es el Ciclo de Refrigeración por Compresión de
Vapor, donde el refrigerante se evapora y condensa alternadamente y se
comprime en la fase de vapor.
Otro ciclo de refrigeración muy conocido es el Ciclo de Refrigeración de
Gas en el cual el refrigerante permanece todo el tiempo en la fase gaseosa.
Los componentes principales de un ciclo de refrigeración por compresión
de vapor son: Evaporador, Compresor, Condensador y Válvula de Expansión.
Para que un ciclo de este tipo funcione adecuadamente, todos sus
componentes deben trabajar correctamente, pues al existir falla en alguno de
sus componentes esta hará que el ciclo funcione en forma inadecuada o se
pare.
En este trabajo se analizaran las causas de fallas de los compresores
reciprocantes de refrigeración debido a: Golpes de Líquido, por Inundación,
Arranque
Inundado,
Pérdida
de
Lubricación,
Contaminación
y
Sobrecalentamiento.
También se dan algunas sugerencias para evitar en lo más posible el tipo
de fallas mencionadas con anterioridad.
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
CAPITULO I
I.1 JUSTIFICACIÓN.
Debido a la profunda transformación tecnológica y a las necesidades que
plantea la industria de la refrigeración y aire acondicionado en nuestro país; se
hace necesario que este tipo de sistemas tenga un funcionamiento adecuado,
para ello es importante proporcionar un mantenimiento adecuado a todos sus
componentes, entre los que se encuentra principalmente son los compresores.
Este trabajo práctico técnico tiene como finalidad presentar los
principales motivos por los cuales se producen las fallas en los compresores de
refrigeración y aire acondicionado y que a su vez pueda servir de guía y
consulta para la comunidad universitaria de la Facultad de Ingeniería Mecánica
Eléctrica, así como al personal involucrado en los sistemas de refrigeración y
aire acondicionado especialmente a aquellos que manejan las distintas técnicas
y procedimientos para el mantenimiento de los compresores.
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Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
I.2 TIPO Y NATURALEZA DEL TRABAJO.
Este trabajo de tipo práctico se enfoca a todas aquellas personas tanto
estudiantes como profesionales de campo que desee tener conocimientos
sobre los motivos que producen las posibles causas de falla en los compresores
de refrigeración y aire acondicionado.
Es una guía práctica e importante, ya que se realizó auxiliándose de
manuales, catálogos, páginas de Internet así como de libros de conocido
prestigio.
La recopilación de esta información tiene como finalidad mostrar en
forma sencilla y básica la forma de detectar los principales motivos de fallas en
los compresores. Otras de las finalidades en la realización de este trabajo es la
utilidad que pueda tener como consulta de catedráticos, jóvenes universitarios y
personas interesadas en este tema.
11
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
I.3 CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES PRINCIPALES.
El presente trabajo tiene como característica ser un trabajo práctico
técnico de consulta y que sirva como guía para técnicas de servicio de
mantenimiento, así como para estudiantes de la carrera de Ingeniería
Mecánica-Eléctrica
La función principal de este trabajo es cumplir con los siguientes
objetivos.
-
Proporcionar los conocimientos básicos en los sistemas de
refrigeración y aire acondicionado.
-
Describir las fallas debido al golpe de líquido e inundación.
-
Describir las fallas por arranque inundado y pérdida de
lubricación.
-
Describir las fallas
sobrecalentamiento.
-
Presentar un análisis de costos por la reparación de una falla.
debido
a
la
contaminación
y
Además se presenta la bibliografía, anexos y apéndices, esperando
que este trabajo sea de gran utilidad e interés para todas aquellas personas
interesadas en esta temática.
12
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
CAPITULO II
II.1 CONCEPTOS BÁSICOS
En este capitulo se describirán algunos conceptos básicos que son
necesarios para el estudio de los ciclos de refrigeración, así como el análisis de
los ciclos Invertido de Carnot y el de Refrigeración por Compresión de
Vapor, también se presentan los diagramas Presión-Entalpía y el de
Temperatura-Entropía que son de gran utilidad para el análisis de los ciclos
antes mencionados.
CALOR SENSIBLE:
Es el calor empleado en la variación de temperatura, de una sustancia
cuando se le comunica o sustrae calor.
CALOR LATENTE:
Es el calor que, sin afectar a la temperatura, es necesario adicionar o
sustraer a una sustancia para el cambio de su estado físico. Específicamente
en psicometría, el calor latente de fusión del hielo es hf = 79,92 Kcal/kg.
TEMPERATURA:
"Es una medida para el estado calorífico de un sistema material." La
traducción de esta definición al lenguaje común expresa que la temperatura nos
indica qué tan "caliente" o qué tan "frío" está un cuerpo en un momento dado.
Una manera de entender el significado de "temperatura" es a través del
contacto entre dos cuerpos: Si ponemos en contacto un cuerpo caliente con
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Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
otro frío, el material caliente le suministra energía, en forma de calor, al material
frío. El flujo de energía se detiene cuando ambos cuerpos tienen el mismo valor
de una propiedad, que es precisamente la que llamamos "temperatura".
CALOR ESPECÍFICO:
El calor específico es la cantidad de calor que se debe agregar a un
gramo de sustancia para elevar su temperatura en un grado centígrado, en la
tabla 1 se presentan los valores de algunas sustancias.
Sustancia
Calor específico medido en
Agua
1. 00
Hielo
0.56
Aluminio
0.217
Hierro
0.113
Cobre
0.093
Plomo
0.031
Plata
0.056
Mercurio
0.0033
w
m º C
2
Tabla 1. Calores específicos de diversas sustancias
HUMEDAD RELATIVA:
Es la relación entre la presión real del vapor de agua contenida en el
aire húmedo y la presión del vapor saturado a la misma temperatura y presión.
Se mide en tanto por ciento.
15
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCIO:
Es la temperatura a que debe descender el aire para que se produzca
la condensación de la humedad contenida en el mismo. El punto de rocío o
temperatura de rocío es la temperatura a la que empieza a condensar el vapor
de agua contenido en el aire, produciendo rocío, neblina o, en caso de que la
temperatura sea lo suficientemente baja, escarcha.
CALOR LATENTE DE FUSIÓN:
El cambio de fase de sólido a líquido se llama fusión y la temperatura a
la cual este cambio ocurre se le llama punto de fusión.
La cantidad de calor necesario para fundir una unidad de masa de una
sustancia a la temperatura de fusión se llama calor latente de fusión.
SUBLIMACION:
La sublimación es un fenómeno consistente en el cambio de estado de
un cuerpo de sólido a gaseoso directamente, sin antes derretirse o pasar por el
estado líquido.
REFRIGERACIÓN:
La refrigeración es el proceso de producir frió, en realidad extraer calor.
Lo que se hace es aprovechar diferencias de temperatura para conseguir
energía. Para producir frío se transporta calor de un lugar a otro. Así, el lugar al
que se le sustrae calor se enfría.
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Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
TEORÍA DEL ENFRIADOR:
El principio del enfriamiento del aire compromete la utilización de las
propiedades de un refrigerante para perder calor cuando es vaporizado. El
efecto refrigerante en un enfriador es logrado por repetidos cambios de estado
del refrigerante de gas a líquido y viceversa.
SECUENCIA DEL ENFRIAMIENTO.
COMPRESOR:
El compresor es movido por la caja de cigüeñal vía un motor eléctrico.
Este comprime el refrigerante causando llegue a calentarse y tenga una gran
presión.
CONDENSADOR:
El condensador es montado enfrente del radiador. La alta temperatura,
la alta presión del refrigerante desde el compresor es pasada a través del
condensador donde es enfriado y condensado.
Tanque Receptor: El refrigerante condensado en el condensador es
luego almacenado en este tanque para suministrarlo al evaporador.
VÁLVULA DE EXPANSIÓN:
El refrigerante condensado es enviado desde el tanque receptor y es
luego atomizado por esta válvula e inyectado dentro del evaporador.
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Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
EVAPORADOR:
El refrigerante atomizado es vaporizado en el evaporador y este es
enfriado por el calor de vaporización. El aire que pasa a través del evaporador
es además enfriado y es soplado hacia fuera como aire frío. En la fig. 1 se
presenta un diagrama esquemático de un ciclo básico de refrigeración.
Fig.1.- Componentes de un ciclo básico de refrigeración.
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Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
II.2 CICLOS DE REFRIGERACIÓN.
CICLO INVERTIDO DE CARNOT
El ciclo de Carnot es un ciclo totalmente reversible que se compone de
dos procesos isotérmicos reversibles y de dos procesos isoentrópicos; tiene la
máxima eficiencia para determinados límites de temperatura y sirve como un
estándar contra el cual los ciclos de potencia reales se comparan.
Puesto que es un ciclo reversible, los cuatro procesos que comprende
el ciclo de Carnot pueden invertirse. Al hacerlo también se invertirán las
direcciones de todas las interacciones térmicas y de trabajo. El resultado es un
ciclo que opera en dirección contraria a las manecillas del reloj, que se llama el
Ciclo Invertido de Carnot. Un refrigerador que opera en el ciclo invertido de
Carnot recibe el nombre de Refrigerador de Calor de Carnot.
Considere un ciclo invertido de Carnot ejecutado dentro de la campana
de saturación de un refrigerante, como se muestra en la fig. 2. El refrigerante
absorbe calor isotermicamente de una fuente de baja temperatura a T L en la
cantidad de QL (proceso de 1-2), se comprime isotermicamente hasta el estado
3 (la temperatura aumenta hasta TH), rechaza calor isotermicamente en un
sumidero de alta temperatura a TH en la cantidad de QH (proceso de 3-4) y se
expande isoentropicamente hasta el estado 1 (la temperatura desciende hasta
TL). El refrigerante cambia de un estado de vapor saturado a un estado de
líquido saturado en el condensador durante en proceso de 3-4.
19
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Los coeficientes de funcionamiento de los refrigeradores y de las
bombas de calor de Carnot se expresan en términos de las temperaturas como:
CDFR, Carnot =
1
TH / TL  1
CDFBC, Carnot =
1
1  TL / TH
Y
Medio CALIENTE
a TH
T
QH
4
TH
Condensador
Compresor
Turbina
1
3
Evaporador
TL
2
4
3
1
S
1
S
QH
S
3
1
S
QL
2
1
S
QL
S
Medio FRÍO
a TL
FIG. 2: Esquema de un refrigerante de Carnot y diagrama T-s del ciclo
invertido de Carnot
Advierta que ambos CDF aumentan conforme decrece la diferencia
entre las dos temperaturas: a medida que TL aumenta o TH disminuye.
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Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
El ciclo invertido de Carnot es el ciclo mas eficiente que opera entre
dos niveles específicos de temperatura. Por tanto, es natural considerarlo
primero como un ciclo ideal, esperado para los refrigeradores y las bombas de
calor. Si fuera posible, sin duda seria tomado como el ciclo ideal. Pero como se
explica adelante, el ciclo invertido de Carnot es un modelo inadecuado para los
ciclos de refrigeración.
Los dos procesos isoentropicos de transferencia de calor no son
difíciles de alcanzar en la práctica, porque al mantener una presión constante
se fija de manera automática la temperatura de una mezcla de dos fases en el
valor de saturación. Por consiguiente, los procesos 1-2 y 3-4 pueden ser
aproximados en los evaporadores y condensadores reales. Sin embargo, los
procesos 2-3 y 4-1 no pueden aproximarse lo suficiente en la práctica debido a
que los procesos 2-3 incluyen la compresión de una mezcla líquido-vapor que
requiere un compresor que manejara dos fases, y los procesos 4-1 implican la
expansión de un refrigerante con alto contenido de humedad.
En apariencia estos problemas se eliminaran si se ejecuta el ciclo
invertido de Carnot fuera de la región de saturación. Pero en este caso hay
dificultades para mantener las condiciones isotérmicas durante los procesos de
absorción y rechazo de calor. Por ello, se concluye que el ciclo invertido de
Carnot no puede aproximarse en los dispositivos reales y no es un modelo
realista para los ciclos de refrigeración. A pesar de ello, el ciclo invertido de
Carnot sirve como un estándar contra el cual se comparan los ciclos reales de
refrigeración.
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Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
CICLO IDEAL DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR.
Mucho de los aspectos imprácticos asociados con el ciclo invertido de
Carnot se eliminan al evaporar el refrigerante por completo antes de que se
comprima y al sustituir la turbina con un dispositivo de estrangulamiento, tal
como una válvula de expansión o un tubo capilar. El ciclo que resulta se llama
Ciclo Ideal de Refrigeración por Compresión de Vapor Fig. 3. El ciclo de
refrigeración por compresión de vapor es el que mas se emplea en
refrigeradores, sistemas de acondicionamiento de aire y bombas de calor. Se
compone de cuatro procesos:
1 – 2 Compresión isoentropica en un compresor.
2–3
Rechazo de calor a presión constante en un condensador.
3–4
Estrangulamiento en un dispositivo de expansión.
4 – 1
Absorción de calor a presión constante en un evaporador.
Medio
CALIENTE
QH
3
2
Condensador
Válvula de
expansión
W en
4
Evaporador
1
QL
Espacio
refrigerado FRÍO
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Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
T
Líquido
saturado
2
QH
3
Wen
4´
4
QL
Vapor saturado
1
s
Fig. 3: Esquema y diagrama T-s para el ciclo ideal de refrigeración por
compresión de vapor.
En un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor, el
refrigerante entra al compresor en el estado 1 como vapor saturado y se
comprime isoentropicamente hasta la presión del condensador. Durante el
proceso de compresión isoentropico, la temperatura del refrigerante aumenta
hasta un valor bastante superior al de la temperatura del medio circundante.
Después el refrigerante entra en el condensador como vapor sobrecalentado en
el estado 2 y sale como líquido saturado en el estado 3, como resultado del
rechazo de calor hacia los alrededores. La temperatura del refrigerante en este
estado se mantendrá por encima de la de los alrededores.
El refrigerante líquido-saturado en el estado 3 se estrangula hasta la
presión del evaporador al pasar por una válvula de expansión o por un tubo
capilar. La temperatura del refrigerante desciende por debajo de la temperatura
del espacio refrigerado durante este proceso. El refrigerante ingresa al
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Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
evaporador en el estado 4 como una mezcla saturada de baja calidad, y se
evapora por completo absorbiendo calor del espacio refrigerado. El refrigerante
sale del evaporador como vapor saturado y vuelve a entrar al compresor, con lo
cual completa el ciclo.
En un refrigerador domestico los tubos del compartimiento del
congelador, donde el calor es absorbido por el refrigerante, sirven como el
evaporador. Los serpentines detrás del refrigerador, donde el calor se disipa en
el aire de la cocina, sirven como el condensador. En la Fig. 4, también se
presenta el diagrama P-h de un ciclo ideal de refrigeración.
P
QH
3
4
2
QL
1
Wen
h
Fig. 4: El diagrama P-h de un ciclo ideal de refrigeración por compresión
de vapor.
Se recuerda que el área bajo la curva del proceso en un diagrama T-S
representa la transferencia de calor en procesos internamente reversibles. El
área bajo la curva del proceso 4-1 representa el calor absorbido por el
refrigerante en el evaporador, y el área bajo la curva del proceso 2-3 representa
el calor rechazado en el condensador. Una regla empírica es que el CDF
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Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
mejora entre 2 y 4% por cada grado centígrado que aumenta la temperatura de
evaporación o que disminuye la temperatura de condensación.
Advierta que a diferencia de los ciclos ideales, el ciclo de refrigeración
por compresión de vapor no es un ciclo internamente reversible, puesto que
incluye un proceso irreversible (estrangulamiento). Este proceso se mantiene
en el ciclo con el fin de hacerlo un modelo más realista para el ciclo real de
refrigeración por compresión de vapor. Si el dispositivo de estrangulamiento
fuera reemplazado por una turbina isoentropica, el refrigerante entraría en el
evaporador en el estado 4’ y no en el estado 4 en consecuencia, la capacidad
de refrigeración se incrementaría (por el área bajo la curva del proceso 4’-4 en
la Fig 3) y la entrada neta de trabajo disminuiría (por la cantidad de salida de
trabajo de la turbina). Sin embargo, el reemplazo de la válvula de expansión por
una turbina no es práctico pues los beneficios adicionales no justifican el costo
y la complejidad que se generan.
Las cuatro componentes asociadas con el ciclo de refrigeración por
compresión de vapor son dispositivos de flujo estable, por lo que los cuatro
procesos que integran el ciclo pueden analizarse como procesos de flujo
estable. Los cambios en la energía cinética y potencial del refrigerante suelen
ser pequeños en relación con los términos de trabajo y calor y, en
consecuencia, pueden ignorarse. En ese caso la ecuación de energía de flujo
estable por unidad de masa se reduce:
(qen – qsal) + (W en – Wsal) = hs – he
25
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
El condensador y el evaporador no implican ningún trabajo y el
compresor puede calcularse como adiabático. En esas circunstancias los CDF
de refrigeradores y bombas de calor que operan en el ciclo de refrigeración por
compresión de vapor se expresan como:
CDF R =
qL
Wneto, en

h1  h4
h 2  h1
Y
CDF HP =
qH
Wneto, en

h 2  h3
h 4  h1
CICLO REAL DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR.
Un ciclo real de refrigeración por compresión de vapor difiere de uno
ideal de varias maneras, debido principalmente a las irreversibilidades que
suceden en varios componentes. Dos fuentes comunes de irreversibilidad son
la fricción del fluido (que provoca caídas de presión) y la transferencia de calor
hacia o desde los alrededores. El diagrama T-S de un ciclo real de refrigeración
por compresión de vapor se presenta en la Fig. 5.
Medio
CALIENTE
QH
3
5
Condensador
4
Válvula de
expansión
2
6
1
Evaporador
7
QL
W en
8
Espacio
refrigerado FRÍO
26
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
T
2
3
2'
4
5
6 7
8
1
s
Fig. 5: Esquema y diagrama T-s para el ciclo real de refrigeración
por compresión de vapor.
En el ciclo ideal, el refrigerante sale del evaporador y entra al
compresor como vapor saturado. Sin embargo, en la práctica no es posible
controlar el estado del refrigerante con tanta precisión. En lugar de eso, el
sistema se diseña de modo que el refrigerante se sobrecaliente ligeramente en
la entrada del compresor. Este ligero sobrecalentamiento asegura que el
refrigerante se evapore por completo cuando ingrese al compresor. Así mismo,
la línea que conecta el evaporador con el compresor suele ser muy larga, por lo
que la caída de presión ocasionada por la fricción del fluido y la transferencia
de calor de los alrededores al refrigerante pueden ser muy significativas. El
resultado del sobrecalentamiento, la ganancia de calor en la líneas de conexión
y las caídas de presión en el evaporador y la línea de conexión, es un aumento
en el volumen específico y, por tanto, un aumento en los requerimientos de
entrada de potencia al compresor, ya que el trabajo de flujo estable es
proporcional al flujo específico.
El proceso de compresión en el ciclo ideal es internamente reversible y
adiabático y, en consecuencia, isoentropico. Sin embargo, el proceso de
27
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
compresión real incluirá efectos friccionantes los cuales incrementen la
entropía- y la transferencia de calor, lo que puede aumentar o disminuir la
entropía, dependiendo de la dirección. Por consiguiente, la entropía del
refrigerante aumenta (proceso 1-2) o disminuye (proceso 1-2’) durante un
proceso de compresión real, de acuerdo con los efectos que predominen. El
proceso de compresión 1-2’ puede ser incluso mas deseable que el proceso de
compresión isoentropico, puesto que el volumen específico del refrigerante y,
por consiguiente, el requerimiento de entrada de trabajo son mas pequeños en
esta caso. De ese modo, el refrigerante debe enfriarse durante el proceso de
compresión siempre que sea práctico y económico hacerlo.
En el caso ideal se supone que el refrigerante sale del condensador
como líquido saturado a la presión de salida del compresor. En situaciones
reales, sin embargo, es inevitable tener cierta caída de presión en el
condensador, así como en las líneas que lo conectan con el compresor y con la
válvula de estrangulamiento. Además, no es fácil ejecutar el proceso de
condensación con tal precisión para que el refrigerante sea líquido saturado al
final, y es indeseable enviar el refrigerante a la válvula de estrangulamiento
antes de que la totalidad del mismo se condense por completo. En
consecuencia, el refrigerante se subenfria un poco antes de que entre a la
válvula de estrangulamiento. A pesar de eso, el procedimiento es valido pues el
refrigerante entra al evaporador con una entalpía inferior, por lo que puede
absorber mas calor del espacio refrigerado. La válvula de estrangulamiento y el
evaporador se localizan muy cerca el uno del otro, de modo que la caída de
presión en la línea de conexión es pequeña.
28
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
II.3 GOLPES DE LÍQUIDO
La primera causa es el golpe de líquido. Este se puede definir, como un
regreso de poca duración de una masa de refrigerante líquido, aceite ó ambos,
a los cilindros del compresor, en vez de gas sobrecalentado. Si ocurre el golpe
de líquido ocurrirá en el arranque ó durante un cambio rápido en las
condiciones de operación del sistema. En algunas ocasiones se puede detectar
por un golpeteo periódico en el compresor. Este se debe a la compresión
hidráulica que resulta cuando el compresor esta tratando de hacer algo para lo
que no esta diseñado, comprimir líquido. (Fig. 6)
Fig. 6.- Golpe de Líquido.
La fuerza que resulta cuando un compresor trata de comprimir un
refrigerante líquido o aceite es tremenda. Se pueden alcanzar presiones en el
cilindro de más de mil libras por pulgada cuadrada (1000 lb/plg2). En este caso,
el golpe de líquido perforó la parte superior del pistón (Fig. 7). En un compresor
abierto o semi-hermético se podría ver esta falla al remover la cabeza. Esto no
29
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
significa que esto pasa en cada falla por golpe de líquido, pero es una
posibilidad.
Fig. 7 Pistón perforado por golpe de líquido
Si el pistón soportó el golpe de líquido, las válvulas de succión o
descarga probablemente no. Aquí un golpe de líquido dobló la válvula al tratar
de empujarla a través del asiento (Fig. 8). Nótese como el golpe de líquido logró
perforar la válvula.
Fig. 8 Válvula de descarga perforada por golpe de líquido
30
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Así es como se ve una válvula de descarga rota. El golpe de líquido tuvo
suficiente presión hidráulica para romper también el tope de la válvula (Fig. 9).
Fig. 9 Tope de la válvula roto
El compresor continuó trabajando después de que se rompió la válvula
de descarga. Algunos de los fragmentos de la válvula rota cayeron dentro del
cilindro, ya que el volumen libre no fue suficientemente grande para contener
este material extra entre el pistón y el plato de válvula, el pistón fue seriamente
dañado (Fig. 10).
Fig. 10 Pistón dañado por fragmentos de válvula que cayeron dentro
del cilindro.
31
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Una cabeza o una junta del plato de válvulas reventada pueden también
indicar golpes del líquido. La junta cederá en alguna separación interna entre
los lados de alta y baja. Si el compresor se mantuviera trabajando la cabeza en
particular donde ocurrió la falla, estaría más caliente, comparada con las otras
(Fig. 11).
Fig. 11 Cabeza del plato de válvulas
Un golpe de líquido puede tener este trágico efecto sobre un compresor,
las bielas y el cigüeñal se pueden romper (Fig. 12). Este tipo de falla
provendría normalmente de unos tremendos golpes de líquido justamente en el
arranque.
Fig. 12 cigüeñal y bielas rotas
32
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Siempre que se encuentre un daño mecánico en un compresor semihermético, es preciso verificar si también se dañó el motor, pedazos del
compresor pueden alojarse en el estator, causando eventualmente una falla del
motor (Fig. 13).
Fig. 13 Estator dañado.
Para mostrar métodos de prevención, se empezará con ver las formas en
que los golpes de líquido pueden ocurrir.
Como se describió anteriormente el golpeteo es el regreso de
refrigerante líquido o de aceite al compresor. Por ejemplo el refrigerante puede
condensarse en cualquier parte fría del sistema durante el ciclo de parada. Esta
puede ser en el serpentín del evaporador o en el enfriador de agua. En el
siguiente arranque este refrigerante líquido podrá regresar al compresor y
causar inundación.
33
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Fig. 14.- Golpes de líquido. (Sistema parado)
Para minimizar esta condición se puede usar un sistema de control tipo
parada de vacío. Con este sistema se puede instalar una válvula solenoide en
la línea de líquido para detener el flujo de refrigerante al evaporador (Fig. 15).
Fig. 15 Sistema de control tipo parada de vacío.
El termostato opera la válvula solenoide, el compresor vacía el sistema y
un interruptor de baja presión para el compresor.
34
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
El compresor arranca
nuevamente cuando el termostato energiza la
solenoide.
Otros sistemas diseñados para reducir la posibilidad de inundación son:
1)
Con las solenoides desenergizadas.
2)
Vacío continuo con presostato.
La aplicación de estos sistemas depende del diseño del compresor y de
la unidad. Revisar las recomendaciones del fabricante.
Una válvula de expansión sobredimensionada puede oscilar en forma
perjudicial, especialmente con cargas parciales, y provocar que una inundación
de líquido regrese al compresor. En general se considera una buena práctica
subdimensionar, más que sobredimensionar una válvula de expansión (Fig. 16).
Fig. 16 Oscilación del flujo con una V. E. sobredimensionada
35
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
El golpe de líquido es también el resultado de aceite atrapado lo cual
ocurre cuando el gas de succión no tiene suficiente velocidad para regresar el
aceite al compresor.
Esto puede ocurrir en las líneas verticales de succión (número 1 en el
diagrama) el aceite se deposita en el evaporador o en las trampas de succión,
esta condición se encuentra más frecuentemente en sistemas que usan
compresores equipados con control de capacidad, cuando los compresores
trabajan con carga parcial por mucho tiempo (Fig. 17).
Fig. 17 Líneas verticales de succión en un sistema de refrigeración.
El diseño e instalación de la línea de succión es en muchos aspectos el
más crítico de todas las líneas en el sistema. Si una línea de succión esta
sobredimensionada, no habrá suficiente velocidad para regresar aceite al
compresor. Si esta subdimensionada, habrá una caída de presión excesiva que
36
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
produce pérdida de capacidad y un incremento de sobrecalentamiento en el
compresor (Fig. 18).
Fig. 18 Líneas de succión sobredimensionada y subdimensionada
respectivamente.
Los ingenieros usan tablas de los fabricantes para diseñar la tubería. La
tubería que se seleccionará; está basada en la capacidad del sistema y en el
tipo de refrigerante. La caída de presión está basada en la longitud y medida de
la tubería y en el número de accesorios. Es necesario considerar las
condiciones de operación, con carga completa y parcial.
37
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
II.4 INUNDACIÓN
También otra causa de falla de un compresor es el regreso continuo de
líquido refrigerante, o gotas de líquido, en el vapor de succión que va al
compresor (Fig. 19). Está relacionado normalmente con un dispositivo de
control de flujo de refrigerante inapropiado.
Fig. 19.- Inundación
La consecuencia del regreso de líquido es generalmente la dilución del
aceite. Esto terminará en un espúmeo en el compresor y sobrecalentamiento de
las superficies de los cojinetes (Fig. 20).
38
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Fig. 20 Cojinetes
Si el regreso de líquido es suficientemente severo, puede terminar en
daño a los pistones, anillos y válvulas, debido a que el refrigerante lava el aceite
de las superficies de los cojinetes.
Este pistón fue sacado de un compresor que estuvo en observaciones
durante una operación con regreso de líquido moderado. Hay evidencia de
desgaste. Nótese la decoloración del pistón y el desgaste en la superficie del
cojinete de la biela (Fig. 21).
Fig. 21 Pistones y bielas con decoloración y desgaste ligeros
39
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Un dispositivo de control de flujo sobredimensionado, ó un ajuste de
sobrecalentamiento demasiado bajo, permitirá que fluya más refrigerante, al
lado de baja presión del sistema, que el requerido por la carga. El refrigerante
puede regresar al compresor en forma saturada con gotas de líquido en el
vapor. Esto lavará gradualmente el aceite de las superficies de las partes
lubricadas.
En el caso de una válvula termóstatica de expansión, revísese si el bulbo
sensor esta localizado correctamente, si tiene buen contacto con la línea de
succión y si esta aislado. Una mala instalación no se puede compensar
ajustando la válvula.
VERIFICAR LA VÁLVULA DE EXPANSIÓN.
1. VÁLVULA SOBREDIMENSIONADA
2. VERIFICAR EL BULBO Y EL
SOBRECALENTAMIENTO.
Cuando se usan dispositivos de control de flujo que no reaccionan a la
carga tales como tubos capilares o equivalentes, la carga de los sistemas es
muchas veces crítica para una carga dada, se requiere una cierta carga de
refrigerante para mantener un ritmo de flujo.
40
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Como estos dispositivos no reaccionan al cambio de carga térmica, una
sobrecarga de refrigerante puede elevar la presión de descarga, la cual a su
vez incrementa el ritmo de flujo hasta un punto en que hay más flujo que
transferencia de calor disponible. La falta de carga en el evaporador evita que
se evapore todo el líquido refrigerante, causando el regreso de líquido al
compresor.
La baja carga en el evaporador puede causar una situación de regreso
de líquido. La baja carga puede ser causada por poca cantidad de aire.
Hay muchas razones para el bajo flujo de aire como filtros sucios,
restricción
de aire, circuito cerrado de aire y abanicos sucios. Bajo estas
condiciones el serpentín tiende a congelarse (Fig. 22), lo cual se agrega al
problema. Así aún una válvula de expansión bien dimensionada tenderá a
oscilar.
Fig. 22 Serpentín congelado.
41
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
II.5 ARRANQUE INUNDADO
Los arranques inundados son el resultado del aceite del carter que ha
absorbido refrigerante bajo la mayoría
de las circunstancias. La cantidad
absorbida es una función de la temperatura del aceite y la presión en el carter.
Cuanto mas baja sea la temperatura y más alta la presión, mayor será la
cantidad de refrigerante que el aceite absorberá, en algunos casos, la mezcla
aceite-refrigerante se ratificará quedando el refrigerante en el fondo,
desafortunadamente cerca de la succión de la bomba de aceite. También,
desafortunadamente el refrigerante es un mal lubricante (Fig. 23).
Fig. 23 Cambio de temperatura y presión en el carter.
Esta condición usualmente ocurre durante el paro. Al arrancar, la
lubricación que los cojinetes reciben será limitada, pero además al reducirse la
presión del carter el refrigerante se evaporará de su estado líquido causando
espúmeo. Esto puede restringir los pasajes de lubricación y provocar un
42
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
aumento de presión. También puede entrar a los cilindros suficiente cantidad de
mezcla aceite refrigerante y provocar una inundación hidráulica, dañando el
compresor como se descubrió anteriormente (Fig. 24).
Fig. 24 Arranque inundado
El daño por un arranque inundado puede ser un desbielamiento
inmediato, válvulas rotas, ó juntas reventadas (Fig. 25). La falla puede venir
gradualmente si hay una perdida parcial de lubricación por un cierto periodo de
tiempo después del arranque o si una porción importante del aceite es
bombeada fuera del carter durante un arranque inundado. En estos casos, la
falla del compresor se debe a la falta de lubricación.
Fig. 25 Juntas y bielas rotas por arranque inundado
43
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
El resultado final de una lubricación inadecuada, como la ocurrida en un
arranque
inundado es
que
las
superficies
de
los
cojinetes
estarán
sobrecalentadas y marcadas (Fig. 26). No todas las superficies tendrán un daño
uniforme ya que la calidad del aceite cambia al fluir por los conductos de aceite.
Los cojinetes más cercanos al suministro de aceite mostrarán usualmente el
daño mas severo, ya que mientras que la mezcla aceite-refrigerante pasa a
través del cigüeñal, el refrigerante se evaporará de tal manera que cerca del
final del ciclo de lubricación el aceite estará casi libre de refrigerante.
Fig. 26 Cigüeñal.
Debido al efecto de inundación hidráulica causado por el regreso de
líquido, el compresor reventará una junta, como se muestra a la izquierda, o
dañará una válvula, como se ve a la derecha (Fig. 27). Veamos que daño puede
causar a otros componentes del compresor.
44
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Fig. 27 Juntas y válvula rotas por arranque inundado
Todos los compresores, excepto los herméticos, usan bomba de aceite
para forzar a este hasta las diferentes superficies de apoyo. Sin embargo la
lubricación por salpicadura es todavía muy importante en el ciclo de lubricación.
El carter tiene una atmósfera de vapor aceite-refrigerante, como el aceite
es más denso que el vapor refrigerante, se deposita en las diferentes
superficies y componentes dentro del alojamiento del compresor (Fig. 28). .
Fig. 28 Ciclo de Lubricación.
45
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Veamos como recibe su lubricación el área del perno pasador.
Este es el extremo de una biela donde se coloca el perno pasador. En la
parte alta, hay un receptáculo de aceite con un orificio que baja a la ranura de
lubricación, localizada en el centro del orificio del perno pasador (Fig. 29).
Fig. 29 Biela donde se coloca el perno pasador.
Veamos como funciona el sistema de lubricación.
Estos son el perno pasador y la biela en sección, con tolerancias
exageradas para ilustración. En la carrera de succión, el sistema de lubricación
por salpicadura, suministra aceite al receptáculo. La biela tira el perno-pasador
lo cual permite, que el aceite en el receptáculo fluya alrededor y lubrique la
parte baja del perno (Fig. 30).
46
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Fig. 30 Sistema de lubricación
En la carrera de compresión las fuerzas se invierten. La biela empuja el
perno pasador disminuyendo la tolerancia en la parte baja del perno y abriendo
un espacio en la parte superior, esto permite que el aceite fluya desde el
receptáculo hacia la parte alta del perno. Nótese en la parte baja, cuando la
tolerancia es aumentada, el aceite es forzado lateralmente y lubrica toda la
longitud del perno pasador.
Cuando ha fallado una válvula de descarga, la presión en la parte
superior del pistón permanece alta y evita que estas acciones o la inversión de
fuerzas se efectúen. El resultado es que la parte baja del perno pasador nunca
se lubrica y la fricción causa el siguiente resultado:
47
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
El orificio del perno pasador en la biela, se desgastará así (Fig. 31)
Fig. 31 Biela con desgaste por fricción y pérdida de lubricación.
Como se mencionó antes, el compresor operará más caliente que lo
normal. El nivel de ruido aumentará y tendrá un sonido
de golpeteo. El
desgaste contribuye a problemas en otros componentes, tales como, daño de
bielas, daño a las paredes del cilindro o falla de la superficie de los cojinetes.
La inundación del carter puede ser reducida por medio de una carga
adecuada de refrigerante y teniendo la carga correcta de aceite del carter. Esto
evita el tener una excesiva relación refrigerante-aceite.
Seguir la recomendación del fabricante.
Los calentadores del carter se usan para elevar la temperatura del
aceite. Para mantener baja la presión del carter, en sistemas divididos grandes,
48
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
se puede usar el control de parada por vacío. Anteriormente, dijimos que el
aceite absorbe refrigerante cuando está frío y a alta presión.
Ninguna de estas precauciones mantendrá al refrigerante fuera del
aceite, si los dispositivos no están trabajando adecuadamente. Cuando se
cambie un compresor es necesario revisar los calentadores del carter y la
secuencia de operación. Es preciso también energizar los calentadores del
carter antes de arrancar el compresor, la mayoría de las recomendaciones
dicen que se deben energizar los calentadores 24 horas antes del arranque
(Fig. 32).
Fig. 32 Sistema de refrigeración
49
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
II.6 PÉRDIDA DE LUBRICACIÓN
La falta de lubricación puede resultar, desde luego, simplemente de la
ausencia de aceite en el carter.
Durante la operación normal, algo de aceite saldrá del carter de un
compresor recíprocante la operación exitosa del sistema requiere que el aceite
regrese al compresor en la misma proporción que lo abandona (Fig. 33).
Fig. 33 El aceite debe de regresar al compresor en la misma
proporción que lo abandona.
Las causas que provocan que el aceite salga del compresor a una
proporción excesiva son aquellas usualmente asociadas con el espumeo de
aceite. Estas incluyen regreso de líquido, sobrecarga de aceite, y el uso de un
aceite no apropiado.
50
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Las razones para que el aceite no regrese al compresor en proporción
satisfactoria incluyen; baja velocidad del refrigerante, baja carga, reciclaje y
errores en las tuberías.
a.
b.
c.
d.
e.
Baja velocidad del refrigerante.
Baja carga.
Reciclaje.
Trampas.
Errores en las tuberías.
Tabla 2. Razones por las cuales el aceite no regresa al compresor en
proporción satisfactoria.
Los resultados de la falta de lubricación son el sobrecalentamiento y las
superficies de un cojinete marcadas, generalmente a lo largo del compresor
(Fig. 34).
Fig. 34 Componentes dañados y marcados por falta de lubricación.
51
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
II.7 CONTAMINACIÓN
La contaminación es una causa mayor de desgaste y falla del compresor.
La presencia de substancias extrañas en el sistema de refrigeración puede
causar una reacción química o cambiar la composición química de materiales
dentro del sistema.
Los contaminantes incluyen; humedad, aire, no condensables junto con
rebabas de cobre, acero, aluminio, óxido de cobre, óxido de hierro, cloruro de
cobre, cloruro de hierro, escamas de soldadura, fundente y muchos otros tipos
de suciedad que pueden entrar en el sistema accidentalmente durante la
instalación o el servicio (Fig. 35).
Fig. 35 Diversos Contaminantes.
Aquí, el conducto de aceite en el cigüeñal se ha tapado con
contaminantes sólidos (Fig. 36), aún cuando la malla de aceite filtra partículas
grandes, el material fino puede pasar a través de ella y taponear los orificios de
52
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
alimentación de aceite del cigüeñal. Entonces, sin la lubricación adecuada, las
superficies de los cojinetes se sobrecalentarán y se atorarán con el cigüeñal.
Fig. 36 Cigüeñal con el orificio de alimentación del aceite tapado.
Los contaminantes, a menos que sean realmente obvios, en varias
ocasiones se ignoran como la causa de la falla, siempre los vemos después de
los hechos.
Consideramos
esta
situación,
el
motor
aparenta
haber
fallado
eléctricamente, lo cual efectivamente sucedió.
Pero la razón real de la falla fue que los contaminantes sólidos, el carbón
y el lodo, taparon la malla de succión del aceite y los conductos de lubricación
al cojinete principal, evitando la lubricación adecuada. El cojinete principal falló
y causó la caída del rotor sobre el estator (Fig. 37).
53
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Fig. 37 Estator con devanados en corto.
La máquina continuó operando y las limaduras provenientes del
frotamiento, entre rotor y estator, fueron forzadas dentro de las ranuras del
estator. Las limaduras penetraron el aislamiento y pusieron en corto los
devanados del estator, provocando que el motor fallara. Lo que empezó como
suciedad o algún otro contaminante en el sistema, acabó en la falla del motor.
La lección que se debe aprender aquí es evitar malos hábitos al dar
servicio. Por ejemplo, no limpiar las partes de repuesto con un trapo sucio.
Probablemente el trapo está aceitoso, el aceite recogió la suciedad, y la
suciedad terminará dentro del sistema.
A la izquierda está un cabezal limpio y a la derecha un cabezal que tiene
una enlodadura porque se dejaron contaminantes en el sistema en una
quemadura anterior del motor (Fig. 38). Las quemaduras del motor son un
resultado directo del exceso de calor y en todos los casos formarán ácidos y
54
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
lodo carbonizado. La cantidad será proporcional a la severidad de la
quemadura.
Fig. 38 Cabezal limpio (Izq.) y cabezal con enlodadura (der.)
El punto a aprender aquí es de estar siempre seguros de hacer un buen
trabajo de limpieza después de una quemadura.
Diferentes contaminantes pueden causar diferentes tipos de fallas. El
aire u otro no condensables desplazan el refrigerante en los condensadores,
resultando en temperaturas y presiones de descarga más altas de lo normal. Un
resultado típico de las altas temperaturas y los contaminantes es la
carbonización del aceite en las válvulas de descarga, asientos y cabezales de
los cilindros. Las partes más calientes en el compresor son la válvula y los
asientos. Entre mayor sea la carbonización, más fácilmente fallará el
compresor. El hierro de las válvulas actúa como un catalizador, promueve una
reacción química entre los componentes solubles del aceite y del refrigerante.
Esto provoca el desarrollo de una película sobre las válvulas y los asientos (Fig.
39).
55
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Con el tiempo, esta película aumentará hasta un punto que existirán
fugas en las válvulas. La temperatura de las válvulas y de los asientos puede
estar entre 25 y 50 °F más alta que la temperatura de la línea de descarga.
Fig. 39 Plato de válvulas con carbonización.
La humedad en el sistema, causó esta falla eléctrica. Si la humedad es el
contaminante en un sistema, tiene principalmente dos efectos perjudiciales;
primero, reaccionará con el refrigerante formando ácido y segundo, se puede
congelar en el dispositivo de expansión (Fig. 40). Un factor que debe
considerarse especialmente con bombas de calor que trabajan a temperaturas
más bajas que los sistemas de enfriamiento normal de aire acondicionado. La
humedad se congela más rápidamente en el dispositivo de expansión en los
sistemas de refrigeración o de baja temperatura.
56
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
La aplicación del compresor puede ser diferente, pero los problemas con
el ácido son los mismos.
Fig. 40 Válvula de expansión.
Esta era una mirilla. El ácido fluorhídrico hidratado fue suficientemente
fuerte para grabar el vidrio (Fig. 41). Si el ácido es tan fuerte para hacerle esto
al vidrio, mayor daño hará a la piel.
Si es necesario intervenir en un sistema donde ocurrió una falla, usar
lentes de seguridad y guantes resistentes al ácido.
57
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Fig. 41 Mirilla manchada por ácido fluorhídrico.
Un sistema de refrigeración debe contener sólo refrigerante y aceite.
Cualquier otro elemento cae dentro del título de contaminante.
Es preciso
eliminar los contaminantes ya sea al instalar o al dar servicio a la unidad. Así es
como se debe hacer:
CONTAMINANTES
COMO ELIMINARLOS
Aire
Evacuar
Humedad
Deshidratar
Escorias y Suciedad
Filtros
Ácido
Cambiar Aceite y Filtros
Tabla 3. Ejemplos de contaminantes y como eliminarlos.
58
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
II.8 SOBRECALENTAMIENTO.
Los compresores generan calor. El calor de compresión, las pérdidas
térmicas de los devanados del motor y el calor ganado por fricción en las
superficies de los cojinetes, son las fuentes normales de calor y todos los
compresores están diseñados para tolerar estas ganancias normales de calor.
275 °F es la más alta temperatura que se debe leer en la línea de
descarga. Una lectura de 275 °F significa que la temperatura de la válvula de
descarga puede estar entre 300 y 325 °F. A estas altas temperaturas, el
refrigerante y el aceite empieza a descomponerse y una falla no estará muy
lejos de ocurrir (Fig. 42).
Fig. 42 Máxima temperatura en la línea de descarga.
¿Qué pasa cuando el compresor opera a condiciones diferentes de las
que fue diseñado?
59
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Pruebas de laboratorio muestran que con cada 18 °F de aumento en la
temperatura de descarga, arriba de lo normal, se duplica la reacción química
entre el refrigerante y la humedad, ácido y óxidos y aceite. El duplicar la
reacción química, rápidamente empieza a provocar la destrucción del
compresor. Los efectos perjudiciales de los ácidos, sin embargo, no se limitan
únicamente al compresor sino que pueden afectar todo el sistema.
% de
reacción
química
+18
+36
+54
+72
TEMP. (F) ARRIBA DE LA NORMAL
Tabla 4. Efectos de sobrecalentamiento.
Agrupemos las
razones del sobrecalentamiento en dos categorías
básicas: Refrigeración y Eléctricas. En el lado de refrigeración una de las
causas más comunes del sobrecalentamiento es el ajuste inapropiado de
controles. Estos controles podrían ser una válvula termostática de expansión,
una válvula automática de expansión, un regulador de presión del evaporador,
un circuito cerrado de gas caliente, el control de capacidad del compresor, los
controles de presión, etc., también el uso de dispositivos no esenciales en la
tubería de refrigerantes pueden contribuir a un alto sobrecalentamiento del gas
de succión. El alto sobrecalentamiento del gas de succión no es causado
60
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
solamente por ajuste inadecuado de controles. Puede deberse a problemas de
tubería o falta de aislamientos en al tubería de succión.
Los motores de los compresores herméticos y semiherméticos son
enfriados por el gas de succión. La capacidad del gas de succión para enfriar
los devanados, es una función de flujo de gas y la temperatura del gas entra al
compresor.
En aire acondicionado la máxima temperatura del gas de succión en el
compresor para R-12 y R-500 es 65 °F, para R-502 es 75 °F.
REFRIGERANTE
TEMP. ENTRADA
(F)
12
65
500
65
502
75
SOBRECALENTAMIENTO
(F)
R22, HERMÉTICOS
15
R22, ABIERTOS
25
Tabla 5. Guía de temp. Máximas de la succión y del sobrecalentamiento
El sobrecalentamiento de gas de succión al compresor en un sistema
con R-22, no debe exceder 15 °F para compresor hermético o 25 °F para uno
abierto. En cualquier caso, no exceder los valores publicados.
Hay que tener presente que se agrega calor al gas de succión al fluir del
evaporador al compresor. La cantidad de calor puede ser excesiva si la línea de
61
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
succión es larga, sin aislamiento o pasa a través de un espacio caliente, como
por ejemplo, un cuarto de máquinas (Fig. 43).
Fig. 43 Ejemplos de líneas de succión con calor excesivo.
Las
altas
relaciones
de
compresión
también
son
causa
de
sobrecalentamiento. La relación de compresión es la presión absoluta de
descarga entre la presión absoluta de succión. La relación máxima de
compresión aceptable es determinada por el fabricante para cada compresor.
Por ejemplo para un compresor 06LA214 a 40 °F de succión y 130 °F de
condensación. Con R-22, la relación máxima de compresión es de 4 a 1. Este
mismo compresor con R-502, para refrigeración (-30 °F de succión y 120 °F de
condensación), está determinado a una relación máxima de compresión de 12.4
a 1.
62
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
RELACIÓN DE COMPRESIÓN
COMPRESOR 06LA214
CONDICIÓN
AIRE ACOND.
REFRIGERACIÓN
SST(F)
40
-30
SCT (F)
135 (MAX.)
120 MAX.
RELACION DE
COMPRESIÓN.
4:1
12.4:1
Tabla 6. Ejemplo de relación de compresión.
El punto de esto es que la relación máxima de compresión es una
función de la aplicación del compresor. Aquí la relación de compresión subió de
4 a 1 a 12.4 a 1, por un cambio de
refrigerante y de las condiciones de
operaciones. Ambas relaciones de compresiones son aceptables en su
aplicación particular.
La alta relación de compresión se debe a una baja presión de succión y
alta presión de descarga o una combinación de ambas.
1. BAJA PRESIÓN DE SUCCIÓN.
2. ALTA PRESIÓN DE DESCARGA.
Tabla 7. Causas que provocan la alta relación de compresión.
La baja presión de succión es causada por poca carga, problemas del
evaporador o por operar el compresor por debajo de sus condiciones de diseño.
63
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Más comúnmente la causa de la alta relación de compresión es la alta presión
de descarga.
Observar cosas como condensadores sucios, alta temperatura del aire
ambiente, problemas con los ventiladores del condensador y gases no
condensables. En equipos enfriados por agua, puede haber incrustaciones en
los condensadores, alta temperatura del agua de entrada y poca cantidad de
agua.
BAJA PRESIÓN DE
SUCCIÓN
1. BAJA CARGA.
2. PROBLEMAS DEL
EVAPORADOR.
3. OPERACIÓN POR
DEBAJO DE LAS
CONDICIONES DE
DISEÑO.
ALTA PRESIÓN DE
DESCARGA
1. CONDENSADOR
SUCIO.
2. TEMP. AMBIENTE
DEMASIADO ALTA.
3. VENTILADORES DEL
CONDENSADOR NO
OPERADO.
4. NO-CONDENSABLES.
Tabla 8. Causas que originan baja y alta presión de descarga.
Un componente que sufre un desgaste acelerado por los efectos de las
altas presiones y temperaturas de descarga es la válvula de succión. Del lado
izquierdo se pueden ver las trazas del asiento de succión el cual ha desgastado
la válvula (Fig. 44). Este desgaste tiene la tendencia de debilitar la válvula
causando una falla.
A la derecha se muestran cuales esfuerzos realmente hacen daño (Fig.
44). Durante la operación con alta presión de descarga, una presión extra
provoca que la válvula de succión se flexione más de lo que su diseño requiere.
64
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Esta flexión extra, combinada con temperaturas más altas que lo normal
exagerará el patrón de desgaste sobre la válvula. Puesto que este
flexionamiento esta ocurriendo muchas veces por minuto, es sorprendente que
la válvula pueda soportar este abuso tanto como lo hace.
Fig. 44. Esfuerzos sobre la válvula de succión.
Las altas temperaturas de descarga pueden también causar pistones
desgastados o rayados o paredes de cilindro marcados (Fig. 45).
Fig. 45. Pistón desgastado por altas temperaturas.
65
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Algunos contaminantes se forman dentro del sistema debido al calor
excesivo. Esto causa una reacción entre el aceite y el refrigerante. En algunos
casos el calor descompondrá estas substancias, principalmente el aceite, el
cual alrededor de los 300 °F forman lodos que cubrirán la superficie interna,
como se ve aquí, en el plato de válvulas a la izquierda. El de la derecha tiene la
apariencia de un plato de válvulas dentro de un sistema en operación normal
(Fig. 46).
Fig. 46. Palto de válvulas con enlodadura (izq.) plato de válvulas en
operación normal (der.)
Finalmente, ya que las altas temperaturas provocan que el aceite se
descomponga formando lodos, carbón y otros depósitos, la lubricación
adecuada será prácticamente imposible. A la derecha tenemos una malla de
succión de aceite que está tapada. La malla de la izquierda es de un compresor
que opera normalmente (Fig. 47).
66
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Fig. 47. Malla tapada por lodo (der.) y malla en operación normal (izq.)
El cobrizado es un fenómeno que no está claramente entendido. Es el
resultado de una combinación de contaminante, el tipo de aceite y la alta
temperatura.
El aumento gradual del cobrizado en las superficies de los
cojinetes reduce las tolerancias y termina en un aumento de fricción. Esto a su
vez causa mayores temperaturas y disminuye la vida del compresor (Fig. 48).
Fig. 48. Pistón con cobrizado.
En un compresor trifásico, la falla del motor puede suceder por
desbalance de voltaje y corriente. Hay dos tipos de problemas que causan un
incremento de temperatura que puede pasar inadvertido por un largo periodo de
tiempo. El máximo desbalance de voltaje permisible de devanado a devanado
es de 2%. Lo que esto significa es que si el desbalance de voltaje fuera superior
67
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
al 2%, el aumento de temperatura en por ciento, generado en los devanados,
será igual al doble del cuadrado del desbalance de voltaje.
Por consiguiente un desbalance de voltaje del 2% causará un 8% de
aumento en la temperatura del devanado, el 3% un 18% de aumento y con un
solo 5% de desbalance de voltaje, la temperatura del devanado se ha
remontado a 50% sobre la temperatura normal.
50
40
30
% INCREMENTO TEMP.
DEL DEVANADO
20
10
0
0
1
2
3
4
5
% DESBALANCE DE VOLTAJE
Tabla 9. Desbalance de voltaje.
Para revisar el desbalance de voltaje, tomar las lecturas de voltaje entre
fases en el interruptor o el contactor del compresor, mientras el compresor
funciona.
Por ejemplo, si: L1 a L2 = 215 V. L2 a L3 = 221 V, L1 a L3 = 224 V. El
promedio es de 215 + 221 + 224 dividido entre 3 o sea 220 V. A continuación,
68
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
se calcula el desbalance para cada paso obteniendo la diferencia entre la
lectura de voltaje y el promedio.
L1 a L2 = 220 – 215 = 5V
L2 a L3 = 221 – 220 = 1V
L3 a L1 = 224 – 220 = 4V
Cinco volts es el desbalance máximo, a usar en la fórmula, % de
desbalance es el desbalance máximo dividido entre el voltaje promedio por 100.
% de desbalance = 5/220 X 100 = 2.27%
LECTURA
DESBALANCE
PROMEDIO
L1 A L2
215 V
220-215= 5V
L2 A L3
221 V
221-220= 1V
L1 A L3
224 V
224-220= 4V
FASE
220 V
PROMEDIO
% DESBALANCE 
5
 100  2.27%
220
Tabla 10. Como verificar el desbalance de voltaje.
Este desbalance de voltaje es mayor del 2% y por lo tanto no es
aceptable.
69
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Un desbalance de voltaje causará un desbalance de corriente, pero un
desbalance de corriente no significa que necesariamente existe un desbalance
de voltaje. Por ejemplo un motor trifásico donde hay una conexión terminal floja
o donde existe carbón o suciedad en un juego de contactor. Usemos L1 como
nuestro problema. Este causará una resistencia mayor en L1 que en L2 según
la gráfica de abajo. Como sabemos la corriente sigue el camino de menor
resistencia. Esto provoca que aumente la corriente en las otras líneas. La
corriente más alta tiene mayor generación de calor en los devanados. El
porcentaje de desbalance de corriente se calcula como el de voltaje.
ALTA
L1
NORMAL L1, L2, L3
BAJA
L2,L3
PROBLEMAS CON L1
ALTA
NORMAL L1, L2, L3
BAJA
L2, L3
MAX. 10%
L1
Tabla 11. Desbalance de corriente.
El monofaseo, una condición donde una línea de un sistema trifásico se
pierde, reaccionará muy parecido a lo descrito anteriormente, pero los
resultados finales de falla del motor pueden ser mas rápidos.
Cuando un motor trifásico se queda sin una fase, esta fase no se afecta,
pero las otras dos generalmente muestran signo de sobrecalentamiento.
70
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
El patrón de falla se muestra en la Fig. 49, una fase es clara y brillante,
sin ser afectada. Esta fue una fase abierta. Las otras dos fases están
quemadas.
Fig. 49. Ejemplo de sobrecalentamiento en las fases.
Lo que pasa en el monofaseo es que si el compresor esta operando y
una fase de un motor trifásico falla, el motor puede continuar funcionando. Sin
embargo, las otras dos fases intentarán recoger la carga que acarreaba la fase
perdida. El arrastre de corriente de las dos fases restantes, aumentará a 1 ½
veces aproximadamente su corriente normal. Si el compresor está cargado,
llevará la corriente de carga más allá de la corriente de disparo de la protección
de sobrecarga. Bajo condiciones de poca carga, la corriente puede no alcanzar
la corriente de disparo del protector y el compresor permanecerá funcionando,
los devanados serán mas calientes.
71
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Una vez que el motor para generalmente no puede volver a arrancar, los
protectores de sobrecarga dispararán una y otra vez. Esto normalmente termina
con una falla de motor.
Otra causa de sobrecalentamiento es por un voltaje de entrada muy bajo
o muy alto. Esto es cuando el voltaje está afuera de los límites máximo –
mínimo determinado por el fabricante del compresor. Para un compresor que
especifica solamente 230 volts, los límites de operación están en + - 10% de
230 V (de 207 a 253 V)
En un compresor con voltaje doble, tal como 208/230, los parámetros de
operación están dentro del 10% debajo de 208 y 10% arriba de 230V (187 y 253
V)
VOLTAJE SIMPLE
Parámetros de
operación
Voltaje nominal
(-10%)
207 V.
VOLTAJE DOBLE
Parámetros de
operación
Voltaje nominal
187 V.
(+10%)
230 V.
(-10%)
208 V.
253 V.
(+10%)
230 V.
253 V.
Tabla 12.Voltaje de entrada
En un motor monofásico, otra causa de sobrecalentamiento es un
sistema de arranque defectuoso o inapropiado. Puede ser el capacitor de
arranque o de marcha, o cualquiera de los dos dispositivos del relevador que se
usan en conjunción con el sistema de arranque (Fig. 50). Sin el adecuado
72
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
voltaje y el valor de capacitancia (microfaradios), el compresor no operará
dentro de la tolerancia de diseño, o quizá falle al arrancar, puede causar una
situación de rotor bloqueado, lo que trae consigo sobrecalentamiento de los
devanados de arranque y una rápida falla.
Fig. 50. Capacitor de arranque (izq.) y dispositivos del relevador (der.)
Finalmente, una de las causas del sobrecalentamiento normalmente
olvidada, como causa de falla del compresor, es el corto ciclaje, el ciclo paroarranque de los controles y dispositivos de seguridad puede terminar en
devanados en corto circuito. Así es como esto sucede. Cada vez que el motor
arranca, la corriente que circula es corriente de rotor bloqueado. Toma algunos
minutos de trabajo para eliminar el calor causado por la corriente de rotor
bloqueado. El ciclaje frecuente provoca un incremento de calor, ya que el calor
producido por el arranque anterior todavía no se ha disipado.
73
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Fig. 51. Devanados en corto.
Además los alambres y las bobinas de los extremos del motor pueden
frotarse debido a una vibración inducida que ocurre durante cambios rápidos de
corriente y temperatura. Esto ocurre cada vez que el motor arranca.
En el caso de muchos arranques, el frotamiento del alambre provoca la
erosión del aislamiento, causando eventualmente un corto circuito (Fig. 51).
El regulador del tiempo (TIMER) de la Carrier está diseñado para
prevenir que esto no suceda.
74
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
II.9 COSTOS
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS.
DESCRIPCIÓN DEL CONCEPTO: MANTENIMIENTO A COMPRESOR DE AIRE
ACONDICIONADO MOD. 06D DE 15 T. R.
UNIDAD: PIEZA
MATERIALES
CANTIDAD
COSTO
DIRECTO
IMPORTE
Pieza
1
$ 1,300.00
$ 1,300.00
Placa de terminales y juntas
Pieza
1
$ 1,700.00
$ 1,700.00
Plato de válvulas y empaque
Pieza
1
$ 1,200.00
$ 1,200.00
Cambio de aceite
Lote
1
$ 400.00
$ 400.00
DESCRIPCIÓN
Ensamble cojinete,
aceite y juntas
bomba
UNIDAD
de
SUBTOTAL (1) IMPORTE POR MATERIALES
SUMA $ 4,600.00
MANO DE OBRA
CATEGORÍA
UNIDAD
CANTIDAD
SALARIO
IMPORTE
Cabo de oficios.
1
1
$ 200.00
$ 200.00
Operario de primera
1
1
$ 160.00
$ 160.00
Ayudante de operario
1
1
$ 140.00
$ 140.00
RENDIMIENTO 0.3 PZA/1
SUBTOTAL (2) IMPORTE POR MANO DE OBRA
$ 500.00
SUMA $ 1,666.66
75
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
MAQUINARIA
DESCRIPCIÓN
UNIDAD
Camioneta pick-up 3/4 ton.
CANTIDAD
RENTA
HORARIA
IMPORTE
1
$ 200.00
$ 200.00
RENDIMIENTO 5 PZA/1
$ 200.00
SUBTOTAL (3) IMPORTE POR MAQUINARIA
SUMA
A- COSTO DIRECTO (1+2+3)
$ 6,306.66
B- INDIRECTOS (9% A)
$
C- SUMA (A + B)
$ 6,874.25
D- FINANCIAMIENTO (1% C)
$
E- SUMA (C + D)
$ 6,942.99
F- UTILIDAD (10% E)
$
G- SUMA (E + F)
$ 7,637.28
PRECIO UNITARIO
$ 7,637.28
$
40.00
567.59
68.74
694.29
76
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
CAPITULO III
III.1 APORTACIONES O CONTRIBUCIONES AL DESARROLLO.
Este trabajo será de gran utilidad para aquellas empresas o personas
interesadas en el área de refrigeración y aire acondicionado,
La realización de este trabajo ha sido de gran satisfacción, ya que en
éste se han dado a conocer motivos de las posibles causas de fallas en los
compresores de refrigeración y aire acondicionado. Se recopiló información lo
mas actualizada posible, desde experiencias en campo así como bibliográficas
para dar una mejor idea. Trabajos de este tipo es de un gran apoyo y ayuda a
capacitar al personal gracias a la explicación sencilla con que se presenta.
Esencialmente este trabajo práctico técnico es un manual para aprender
a desarrollar los criterios para la detección de fallas en los compresores de
refrigeración y aire acondicionado.
A continuación se presenta una tabla donde se describe de manera
resumida las fallas que se presentan en los compresores y algunas
recomendaciones que pueden ser de gran utilidad para evitar que dichas fallas
se presenten.
78
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Falla Caudada por:
Recomendaciones
1. Golpes de Líquido.- Se pueden definir
Se puede usar un sistema de control tipo parada de
como un regreso de poca duración de una
vacío, donde se instala una válvula solenoide en la línea
masa de refrigerante líquido, aceite o ambos a
de líquido para detener el flujo de refrigerante al
los cilindros del compresor. También es
evaporador. El termostato opera la válvula solenoide, el
resultado de aceite atrapado lo cual ocurre
compresor vacía el sistema y un interruptor de baja
cuando el gas de succión no tiene suficiente
presión para el compresor. El compresor arranca
velocidad
al
nuevamente cuando el termostato energiza la solenoide.
compresor, esto puede presentarse en las
Se aconseja también subdimensionar la válvula de
líneas verticales de succión.
expansión en lugar de sobredimensionarla.
para
regresar
el
aceite
Y por último se recomienda usar las tablas de los
fabricantes para diseñar la tubería.
2. Inundación.- Es el regreso continuo de
Se aconseja seleccionar un dispositivo de control de flujo
líquido refrigerante o gotas de líquido, en el
de refrigerante adecuado. En el caso de utilizar una
vapor de succión que va al compresor. Se
válvula termostática de expansión, revisar si el bulbo
relaciona con un dispositivo de control de flujo
censor esta localizado correctamente, si tiene buen
refrigerante inapropiado.
contacto con la línea de succión y si está aislado, ya que
La baja carga en el evaporador puede causar
una mala instalación no se puede compensar ajustando
el regreso de líquido al compresor, y esto se
la válvula.
origina por el bajo flujo de aire.
Para evitar que se presente una baja carga en el
evaporador por el bajo flujo de aire se recomienda
revisar que los filtros estén limpios, que no haya
restricción de aire y que los abanicos no se encuentren
sucios.
3. Arranque Inundado.- Es el resultado del
La inundación del carter puede ser reducida por medio
aceite
absorbido
de una carga adecuada de refrigerante y teniendo la
refrigerante. La cantidad absorbida es una
carga correcta de aceite del carter, esto evita tener una
función de la temperatura del aceite y la
excesiva relación aceite-refrigerante. Cuando se cambie
presión en el carter. Cuanto mas baja sea la
un compresor se aconseja revisar los calentadores del
temperatura y más alta la presión mayor será
carter y la secuencia de operación. También se debe
la cantidad de refrigerante que el aceite
energizar
absorberá.
compresor. La mayoría de las recomendaciones dicen
del
carter
que
ha
los
calentadores
antes
de
arrancar
que se deben energizar 24 horas antes del arranque.
79
el
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
4. Pérdida de Lubricación.- La falta de
Aquí se debe evitar el regreso de líquido. Seleccionando
lubricación es simplemente la ausencia de
correctamente el dispositivo de control de flujo del
aceite en el carter. En una operación normal,
refrigerante.
algo de aceite sale del carter del compresor,
Se recomienda revisar que no haya sobrecarga de
la operación exitosa del sistema requiere que
aceite.
el aceite regrese al compresor en la misma
Usar el tipo de aceite apropiado.
proporción que lo abandona.
También deben evitarse los errores en las tuberías, el
reciclaje y las trampas.
5. Contaminación.-La contaminación es una
Se recomienda evitar malos hábitos al dar servicio al
de las mayores causas de desgaste en el
compresor, como limpiar partes de repuesto con trapos
compresor.
sustancias
sucios. Si se interviene en un sistema donde existe la
extrañas en el sistema puede causar una
presencia de ácido fluorhídrico es necesario utilizar
reacción química o cambiar la composición
lentes y guantes de seguridad resistentes a este ácido.
química de materiales dentro del sistema.
Eliminar contaminantes como escorias, suciedad, ácido,
La
presencia
de
etc. Cambiando el aceite y filtros.
6.-Sobrecalentamiento.-
compresores
Revisar que estén bien ajustados los controles, por
generan calor, pero todos están diseñados
ejemplo la válvula termostática de expansión, un
para tolerar ganancias normales de calor. Las
regulador de presión del evaporador, etc.
causas de sobrecalentamiento se pueden
Evitar cantidad de calor excesivo del gas en las líneas de
agrupar
succión, también impedir al alta relación de compresión.
en
dos
Los
categorías
refrigeración y eléctricas.
básicas:
de
Se aconseja limpiar condensadores, checar que los
ventiladores
del
condensador
funcionen.
Evitar
desbalance de voltaje y corriente.
Checar que el voltaje de entrada no sea ni muy alto, ni
muy bajo. Cuando se tenga motor trifásico tener cuidado
que
no
exista
monofaseo,
cuando
haya
motor
monofásico revisar que el sistema de arranque no esté
defectuoso y sea el apropiado.
80
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
III.2 BIBLIOGRAFÍA
TERMODINÁMICA (4ª ED.)
ÇENGEL, YUNUS A. y BOLES, MICHAEL A.
MCGRAW-HILL / INTERAMERICANA DE MÉXICO 2003
PRINCIPIOS DE REFRIGERACION
DOSSAT, ROY J.
COMPAÑIA EDITORIAL CONTINENTAL 1980
TERMODINÁMICA
VIRGIL MORING FAIRES
LIMUSA 1997
MANUAL DE CAPACITACIÓN
PORQUE FALLAN LOS COMPRESORES
CARRIER
www.frigoristatorpe.com
www.geocities.com
es.wikipedia.org
www.monografias.com
www.visionlearning.com
www.energuia.com
www.hampden.com
www.infomecanica.com
81
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
III.3 ANEXOS
TABLAS DE CONVERSIÓN.
DIMENSIÓN
Área
Densidad
MÉTRICO
1 m2 = 104 cm2 = 106 mm2
3
1 g/cm = 1 kg/L = 1000 kg/m
=1kPam
energía específica
1 m2 =1550 pulg2 =10.764 pie2
= 10-6km2
1 kJ = 1000J =1000Nm
Energía, calor, trabajo,
MÉTRICO/INGLES
3
1 kJ/kg= 1000 m2/s
1 kWh = 3600 kJ
1 cal = 4.184 J
1 pie2 =144 pulg2 =0.09290304*m2
3
1 g/cm3 =62.428 lbm/pie3
=0.036127lbm/pulg3
1 kJ =0.94782 Btu
1 Btu = 1.055056 kJ = 5.40395 psia∙ pie3
=778.169 lb ∙ pie
1 Btu/lbm =25 037 pie2/s2 =2.326* kJ/kg
1 kJ/kg =0.430 Btu/lbm
1kWh = 3 412.14 Btu
Fuerza
1 N = 1 kg ∙ m/s2 = 105 dina
1 lbf =32.174 lbm∙pie/s2 =4.44822N
1 kgf =9.80665 N
1N =0.22481 lbf
1 kg =2.2046226 lbm
Masa
1 kg = 100 g
1 lbm = 0.45359237 kg
1 slig = 32.174 lbm =14.5939 kg
1 kW = 3 412.14 Btu/h =0.73756lbf∙pie/s
Potencia, relación de
transferencia de calor
1 W = 1 J/s
1 hp =550 lbf∙ pie/s =0.7068Btu/s =42.41
1 kW = 1000 W =1.341 hp
Btu/min = 2 544.5 Btu/h =0.74570kW
1 hp =746W
1 Btu/h =1.055056 kJ/h
1 ton de refrigeración =200 Btu/min
82
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
1 Pa = 1 N/m2
3
-3
1 kPa =10 Pa =10 Mpa
1 atm =101.325kPa
Presión
=1.01325 bars
=760 mmHg a 0ºC
=1.03323 kgf/cm2
1mmHg =0.1333kPa
1 Pa = 1.4504 X10-4 psia
=0.020886 lbf/pie2
1 psia =144 lbf/pie2 = 6.894757kPa
1atm =14.696 psia
=29.92 pulgHg a 30ºF
1 pulgHg =3.387 kPa
1 Btu/(lbm ∙ ºF) = 4.1868kJ/(kg ∙ ºC)
Calor específico
1 kJ/(kg ∙ ºC) = 1 kJ/(kg ∙ K
=1J/(g ∙ ºC)
1 Btu/(lbmol ∙ R) =4.1868 kJ/(kmol ∙ K
1 kJ/(kg ∙ ºC) =0.23885 Btu/(lbm ∙ ºF)
=0.23885 Btu/(lbm ∙ R)
Volumen específico
1m3/kg =1000L/kg
=1000cm3/g
1 m3/kg = 16.02 pie3/lbm
1 pie3/lbm = 0.062428 m3/kg
T(R) = T(ºF) + 460 = 1.8 T (K)
Temperatura
T(K) = T(ºC) + 273.15
T(ºF)= 1.8 T (ºC) +32
∆T(K) = ∆T(ºC)
∆T(ºF) = ∆T(R)
=1.8 ∆T(K)
83
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
1 m/s =3.2808 pie/s
Velocidad
1 m/s =3.60km/h
=2.237 mi/h
1 mi/h = 1.609 km/h
1 m3 = 3.1024 X104 pulg3 = 35.315 pie3
Volumen
1 m3 = 1000 L=106 cm3(cc)
=264.17 gal (U.S.)
1 U.S. galón = 231 pulg3 = 3.7854 L
84
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
III.4 APENDICE
Diagrama Presión –Entalpía para el refrigerante Freon-12
85
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Diagrama Presión –Entalpía para el refrigerante Freon-22
86
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Diagrama Presión –Entalpía para el refrigerante 500
87
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Diagrama Presión –Entalpía para el refrigerante Freon 502
88
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
ESPECIFICACIONES DE LOS COMPRESORES
La misión del compresor es la de aspirar el gas que proviene del
evaporador y transportarlo al condensador aumentando su presión y temperatura.
Estos se pueden clasificar en:

Herméticos: Tanto el motor como el compresor están dentro de la
misma carcasa y es inaccesible. Van enfocados a pequeños equipos de
carga crítica.

Semi-herméticos: Es igual que el anterior pero es accesible, se
puede reparar cada una de sus partes.
89
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado

Abiertos: Motor y compresor van separados.
Tipos de compresores:

Alternativo

Rotativo

Tornillo

Centrífugos

Scroll
COMPRESOR ALTERNATIVO:
El compresor alternativo, es una maquina que aumenta la presión de un
volumen determinado de gas mediante la reducción de su volumen inicial. La
compresión se verifica por el movimiento de vaivén de un embolo encerrado en un
cilindro. Generalmente, el cilindro es de doble efecto y esta accionado por un
mecanismo de biela y manivela. La compresión tiene lugar en ambos extremos del
cilindro, el cual suele llevar una camisa de agua para disparar el calor engendrado
por la fricción de los anillos del embolo y por la empaquetadura del vástago y parte
90
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
del calor de compresión. La salida del vástago en el cilindro se cierra con una
empaquetadura sin escapes. Se regula la oportuna salida y entrada del gas en el
cilindro mediante válvulas que se abren según cambia la presión diferencial entre
el interior del cilindro y el sistema gaseoso.
COMPRESOR ROTATIVO:
Esta formado por una excéntrica que va rodando dentro de una cavidad de
manera que va aspirando y comprimiendo gas a la vez.
91
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Tiene la misma apariencia que un compresor
hermético alternativo pero a diferencia de este el rotativo
es más pequeño y menos ruidoso, otra diferencia es que
la presión de alta se descarga dentro de la carcasa por lo
tanto está muy caliente.
Tienen más rendimiento que los alternativos al carecer de tantas partes
móviles.
Se usan casi exclusivamente en aire acondicionado y es necesario que
lleven una botella de aspiración.
92
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
COMPRESORES DE TORNILLO:
Esta formados por dos tornillos que van aspirando y comprimiendo gas a la
vez, de manera que el espacio entre los dos tornillos se va reduciendo y
comprimiendo el gas.
Este tipo de compresores se utiliza a partir de los 300m³ de aspiración,
suelen ser abiertos, accionados por motores a partir de los 100-500CV.
Las instalaciones para este tipo de compresores son costosas ya que
requieren bastantes aparatos auxiliares.
Son bastante ruidosos y aceptan retornos de líquido, la temperatura
máxima de descarga son 100ºC.
93
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
Funcionan las 24 horas del día y el mantenimiento más común es el cambio
de rodamientos.
COMPRESORES CENTRÍFUGOS
El principio de funcionamiento de un compresor centrífugo es el mismo que
el de una bomba centrífuga, su diferencial principal es que el aire o el gas
manejado en un compresor es compresible, mientras que los líquidos con los que
trabaja una bomba, son prácticamente incompresibles. Los compresores
centrífugos pueden desarrollar una presión en su interior, que depende de la
naturaleza y las condiciones del gas que manejan y es virtualmente independiente
de la carga del procesamiento.
La mayoría de los compresores centrífugos funcionan a velocidades de
3.500 RPM o superiores y uno de los factores limitantes es el de la fatiga del
94
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
impulsor. Los impulsores de los compresores centrífugos son por lo común
motores eléctricos o turbinas de vapor o gas, con o sin engranajes de aumento de
velocidad.
Los compresores centrífugos constan esencialmente de: caja, volutas,
rodetes impulsores, un eje y un sistema de lubricación.
Las volutas convierten la energía cinética del gas desarrollada por los
impulsores en energía potencial o presión. La caja es la cubierta en que van
ajustadas las volutas y esta proyectada para la presión a la que se ha de
comprimir el gas.
La caja se construye adaptándola a la aplicación particular y puede ser de
hierro colado, acero estructural o fundición de acero.
La compresión de un gas en un compresor centrífugo requiere con
frecuencia un medio de ocluir el gas para evitar su fuga a la atmósfera o su
contaminación. Existen varios tipos de oclusores:
1.
el de cierre mecánico con anillo de carbón
2.
el gas inerte
3.
el directo de aceite en el cojinete del compresor y los de gasto
de aceite
Todos están diseñados principalmente como cierre de funcionamiento y no
de paro.
95
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
COMPRESOR SCROLL:
Está formado por dos espirales, una fija y otra móvil de manera que la móvil
se va cerrando sobre la fija.
La espiral móvil va aspirando el gas y lo va cerrando contra la otra espiral y
lo va comprimiendo. Igual que el rotativo, el scroll va comprimiendo y aspirando
continuamente.
Admite golpes de líquido, tiene bajo nivel sonoro y de vibraciones, no
arrastra casi aceite, tiene bajo par de arranque y se utiliza generalmente en aire
acondicionado.
96
Causas de Fallas en Compresores de Refrigeración y Aire Acondicionado
97