Compresores Recalentados

Folleto 10-207 (S1)
Noviembre 2006
Compresores Recalentados
¿Es hoy día el más serio de los problemas del campo?
Por Dave Demma, Ingeniero de Aplicación de Supermercados, Sporlan Division de Parker Hannifin.
Hace más de 20 años un boletín de aplicación titulado
“Recalentamiento de Compresores: El Problema Más Serio
de Campo de Hoy” fue publicado por uno de los fabricante
de compresores más importantes. A primera vista, puede
parecer que el recalentamiento de compresores no sería un
factor importante en las tantas fallas de compresores de
refrigeración en un día cualquiera. Una inspección más
profunda, sin embargo, revelaría que muchos de los
compresores que sufren fallas mecánicas/eléctricas tienen
como origen el recalentamiento.
¿Por qué el recalentamiento tiene un efecto tan devastador en
un compresor? La respuesta tiene que ver con dos aspectos:
1. Pérdida de la película de lubricación: Los aceites/lubricantes de refrigeración han sido altamente mejorados
en un esfuerzo para elevar la temperatura a la cual
ocurre una descomposición química. Como tales, son
vulnerables de perder la película de lubricación necesaria para prevenir el contacto de metal a metal entre
los muñones y cojinetes/casquillos o los anillos de los
pistones y los cilindros, antes de llegar a la temperatura en donde comienza la descomposición. Con aceite
mineral esto ocurrirá aproximadamente entre 155ºC y
165ºC/310ºF y 330ºF. Cuando se alcancen estas temperaturas, la probabilidad de que ocurra un desgaste
extremo entre el pistón y los anillos es inminente.
2. Descomposición química: Esto sucede a temperaturas
elevadas, y se acelera en la presencia de otros contaminantes tales como el aire o agua. Diez (10) es un número
importante de recordar, ya que la velocidad de una
reacción química se dobla con cada 10ºC/18ºF de incremento de temperatura.* Por ejemplo, una reacción
química que tomaría 10 años en completarse a
38ºC/100ºF, solamente tomaría 5 años para completarse
a 48ºC/118ºF. A 58ºC/136ºF se completaría en 2-1/2 años
y así sucesivamente. El proceso por el cual el refrigerante y/o aceite se descompone químicamente puede
ocurrir en cuestión de segundos si han habido
suficientes 10ºC/18ºF de incrementos de temperatura.
El aceite mineral comenzará a descomponerse a
aproximadamente 177ºC/350ºF (Aceite POE a 204ºC/400ºF).
Al aumentar la temperatura por encima de estos límites, el
aceite comienza a polimerizares. En simple español, esto
quiere decir que las moléculas que constituyen la
composición de los aceites comenzarán a convertirse en
moléculas grandes y más grandes. Primero, el aceite se
transforma en un aceite grueso de color negro, luego en
barro y finalmente en un polvo sólido.
La presencia de aceite descompuesto en un sistema de
refrigeración tiene muchos efectos negativos. Barro y
partículas sólidas pueden obstruir el filtro de malla en el
cárter del compresor o los pasadizos de lubricación en el
cigüeñal. Cualquiera de estas condiciones tendrán
consecuencias devastadoras: pérdida de lubricación y
finalmente, la falla de los cojinetes/casquillos.
* Ecuación Arrhenius
Depósitos producto de la descomposición del aceite pueden
también adherirse a las superficies internas del sistema de
refrigeración. Las paredes internas de las tuberías, compresor y dispositivos de control están todos expuestos a este
problema. Mientras que esto causaría que las VET se
atascaran/obstruyeran y restricciones a los pasadizos de
lubricación, el aceite descompuesto en las paredes internas
de las tuberías pudiera mantenerse intacto sin causar
daños durante años. (Figura 1).
Al convertir un sistema tal como este de R-22/aceite mineral
a R-404A/aceite POE despertará el aceite descompuesto
como a un gigante dormido. Con la propiedad solvente del
aceite POE, su presencia en el sistema literalmente
limpiará estos depósitos de las paredes internas y los pondrá nuevamente en circulación. Se debe esperar tener problemas con contaminantes luego de realizar un cambio de
refrigerante en donde el aceite mineral ha sido reemplazado por aceite POE: el aceite nuevo agregado al compresor lo
más seguro que tenga una coloración oscura a la mañana
siguiente, y probablemente unas cuantas VETs se obstruirán. Varios cambios de filtro-secador/aceite y filtros/aceite
serán necesarios antes de resolver el problema. Aunque sea
molesto, es simplemente una consecuencia natural de las
excesivas temperaturas de descarga causando la descomposición del aceite, y debido a las propiedades solventes del
POE, son puestas nuevamente en circulación.
Figura 1 – Depósitos producto de la descomposición del
aceite en las paredes internas de las tuberías del sistema
Ahora, veamos un escenario de la vida real en donde se
aprecia que tan destructivas pueden ser las temperaturas
de descarga excesivas. La mayoría de los técnicos han
escuchado un compresor operando con lo que llamaríamos
el síndrome de “una perforado neumática dentro del
cilindro”. Es el resultado de un desgaste excesivo del
agujero/hueco del pasador del pistón en la biela (Figura 2).
El juego adicional permite que el pasador golpee los dos
extremos del agujero/hueco. Adicionalmente, el pistón
puede pegar contra la parte inferior del plato de válvulas al
final de cada ciclo de compresión.
Ahora, aquí está lo terrible... esta falla mecánica fue el
resultado de temperaturas de descarga excesivas. Cuando
Página 2 / Folleto 10-207 (S1)
Figura 2 – Un agujero/hueco del pasador del pistón de la
biela desgastado
Figura 4 – Plato de válvulas con depósitos de la descomposición del aceite
se arrancó este sistema, el instalador estaba contra el tiempo y se le olvidó ajustar las válvulas de expansión (VET).
Como resultado el recalentamiento alto a la salida del
evaporador se tradujo en todavía un mayor recalentamiento
de succión en la entrada del compresor. Por cada .6ºC/1ºF de
aumento en la temperatura de succión, se verá un aumento
aproximado de .6ºC/1ºF en la temperatura de descarga.
Veamos cuales son todas las implicaciones. Empezaremos
con una explicación de como se lubrican los pasadores de los
pistones y sus casquillos/cojinetes.
Si nos adelantamos un año. Este sistema está sufriendo de
una falta de mantenimiento en la forma de un condensador
sucio (Figura 3). La consecuencia es una temperatura de
descarga mayor. De acuerdo a investigaciones de la EPA, la
transferencia de calor de un serpentín con una escasa capa
de 1mm (.042”) de suciedad en la superficie resultará en
hasta una pérdida de capacidad de transferencia de calor
del 21%.*
Figura 3 – Condensador Sucio
Una temperatura de succión alta (VETs alimentando poco)
junto con una temperatura de descarga mayor (condensador sucio) resultan en un sistema operando con una
excesiva temperatura de descarga, condición que es
propicia para que el aceite se descomponga. Después de un
periodo cualquiera de tiempo, el color café claro y limpio del
aceite cambiará a negro y grueso. Una parte de la
descomposición del aceite se depositará en los platos de
válvulas (Figura 4), evitando que las lengüetas de las
válvulas sellen apropiadamente.
Claramente, los depósitos de la descomposición del aceite
son consecuencia de las altas temperaturas de descarga.
*Contratistas – Septiembre 2003
Hay un pequeño depósito de aceite (orificio) en la parte
superior del extremo del pasador del pistón en la biela
(Figura 5). Su función es simplemente acumular aceite de
la neblina de aceite que hay en el cárter. El aceite luego es
suministrado al agujero del pasador del pistón en la biela
por medio de una ranura de aceite, centrada en el casquillo
del pasador del pistón. En el caso como este, de una biela de
aluminio, el agujero del pasador del pistón con maquinado
de alta precisión (con la ranura del aceite) sirve también
como casquillo del pasador del pistón.
Como se muestra en la Figura 6, cuando el pistón está en
su recorrido descendente (succión), el punto de contacto
creado por el recorrido del pistón es entre la parte superior
del pasador del pistón y el agujero del pasador. Esto
permite que el espacio se transfiera a la parte inferior
del pasador del pistón/agujero. Aceite proveniente de la
ranura del agujero del pasador del pistón fluirá dentro del
espacio entre estas dos partes metálicas en movimiento,
creando una película de lubricación. De esta manera es
como la mitad inferior del pasador del pistón y casquillo
se lubrican.
Cuando el pistón está en su recorrido ascendente
(compresión), el punto de contacto creado por el recorrido
del pistón cambia a la parte inferior del pasador del pistón
y el agujero del pasador. Esto permite que el espacio
cambie a la parte superior del pasador del pistón y el
agujero. El aceite que se ha acumulado en el depósito puede
fluir dentro de este espacio, lubricando la parte superior del
pasador del pistón y el casquillo.
Es imperativo que el punto de contacto entre el pasador del
pistón y el agujero continué cambiando de arriba a abajo, ya
que permite que el espacio también cambie. Sin cambios en
el espacio, la habilidad de lubricar la parte superior e inferior del pasador del pistón y casquillos estaría en peligro.
Esto es cuando el plato de válvulas en la Figura 4 entra en
juego. Luego que el vapor comprimido sale del cilindro, las
lengüetas de descarga deben asentarse herméticamente,
evitando
cualquier
fuga
dentro
del
cilindro.
Folleto 10-207 (S1) / Página 3
Figura 5 – Agujero del pasador del pistón de la biela
Acumulación
De Aceite
3. Los productos de la descomposición del aceite se
depositan en las lengüetas de las válvulas, evitando que
se asienten. El vapor de descarga ahora puede fugarse
dentro del cilindro durante la carrera de succión
del pistón.
4. La constante alta presión ejercida sobre la cabeza del
pistón evita que el espacio libre entre el pasador del
pistón/agujero cambie. La sección inferior del pasador
del pistón/agujero se convierte en el punto de contacto
constante durante la carrera ascendente y descendente
del pistón, evitando así, que el pasador del pistón/
agujero se lubrique completamente.
Desafortunadamente, los depósitos de la descomposición del
aceite previenen esto, permitiendo que vapores con alta
presión entren de nuevo al cilindro durante la carrera
descendente (succión). No solamente esto le roba capacidad
de bombeo al compresor, sino que además mantiene una alta
presión en la parte superior del pistón durante todo el
tiempo. Esto es lo que al final causa que el agujero del
pasador del pistón se desgaste.
Una constante alta presión en la parte superior del pistón
evita que el espacio libre del pasador del pistón cambie,
manteniendo el punto de contacto en la parte inferior del
pasador del pistón/agujero (Figura 6). Debido a esto, la
sección inferior del pasador del pistón/agujero no recibe
lubricación, y como resultado el contacto metal con metal
causa un patrón anormal de desgaste al agujero del
pasador del pistón.
Esto es ciertamente una falla mecánica. Una revisión de los
pasos que llevaron a esta falla revelará que sus raíces están
en temperaturas de descarga excesivas.
1. Alta temperatura del vapor de succión, resultante de
VETs alimentando poco. Una temperatura de succión
más alta aumenta la temperatura de descarga.
2. Un condensador sucio aumenta la temperatura de condensación (y presión), resultando en temperaturas de
descarga aún mayores. Se han excedido las temperaturas aceptables, causando que el aceite se descomponga.
Figura 6 – Lubricación normal del Pasador del Pistón/Agujero
5. Después de un período de tiempo, el contacto metal con
metal causa un desgaste anormal al aluminio (material
más suave) del agujero del pasador del pistón,
resultando en un agujero alargado.
El mantener las temperaturas de descarga normales
hubiera extendido la vida del compresor y reducido su
consumo eléctrico.
Antes de implementar medidas preventivas uno debe, como
primer paso, saber que causó las temperaturas de descarga
excesivas. Mientras podemos atribuirlo a varias fuentes,
cuatro son las causas principales que llevan a temperaturas
de descarga excesivas:
1. Recalentamiento de Succión Alto: Una de las
ineficiencias integrales del ciclo de vapor-compresión es
el calor agregado al refrigerante entre la salida del
evaporador y la descarga del compresor. Una gran
cantidad de esto puede atribuirse al proceso de
compresión. Mientras que la cantidad de calor agregada
variará dependiendo del refrigerante y las condiciones
del sistema, este “calor de compresión” no puede ser
eliminado por ningún procedimiento. Es inherente al
proceso de compresión.
El proceso de la compresión de alguna manera sigue la
línea de entropía constante en el diagrama P-H (Figura
8). Las líneas de entropía constante se extienden en un
ángulo desde la línea de vapor saturado, y se hace menos
vertical con cada línea siguiente (o incremento de valor).
Figura 7 – Pérdida de lubricación a la sección inferior del
pasador del pistón/agujero
(Presión alta constante
sobre la cabeza del pistón)
Carrera Ascendente
Carrera Descendente
Carrera Descendente
Carrera Ascendente
Punto de
Contacto
Punto de
Contacto
Pasador
Del
Pistón
Espacio Libre
Permite Lubricación
Biela
Pasador
Del
Pistón
Espacio Libre
Permite Lubricación
Biela
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De manera que, entre mayor sea el valor de la línea de
entropía constante, mayor será la distancia horizontal
entro dos puntos de presión dados. Es esta distancia
horizontal que representa el aumento en el contenido de
calor del refrigerante en Btu/lb. La entropía de un vapor
aumentará en la medida en que aumente su temperatura. Por consiguiente, es la temperatura del vapor (que
es parcialmente influida por la cantidad de recalentamiento de succión) que determinará la línea de
entropía constante a la cual sigue el proceso de compresión. Las leyes de física en este escenario nunca
cambian: A una temperatura del vapor de succión mayor
entrando al compresor (resultando en una entropía
mayor), mayor será el calor de compresión.
succión más fresco debe ahora viajar a través del
embobinado tibio del motor, experimentando aproximadamente un aumento de 80ºF/44ºC en el proceso. La
temperatura del vapor entrando a los cilindros es de
100ºF/38ºC (un recalentamiento de 120ºF/68ºC). La temperatura de descarga resultante es de 295ºF/146ºC.
Nótese que la temperatura de succión del sistema en la
Figura 9 era 80ºF/44ºC mayor que la del sistema en la
Figura 8. Esto se tradujo en aumento de 80ºF/44ºC en la
temperatura de descarga.
Por cada 1ºF/0.6ºC de aumento en la temperatura de
succión, se puede esperar un aumento aproximado de
1ºF/0.6ºC en la temperatura de descarga. Básicamente,
cualquier condición del sistema que cause un aumento
en la temperatura de succión resultará en un aumento
casi igual en la temperatura de descarga.
Por ejemplo, el sistema en la Figura 8 representa un sistema de baja temperatura con R-22 operando a una
temperatura de succión saturada (TSS) de -20ºF/-30ºC y
100ºF/38ºC de temperatura de condensación saturada
(TCS), con un compresor abierto. La temperatura del
vapor de refrigerante a la salida del evaporador es de
-15ºF/-25ºC (5º de recalentamiento). La línea de color
naranja refleja 40º de recalentamiento a la entrada del
compresor, y el calor de compresión (CDC) es de 27
Bru/lb. La temperatura de descarga es de 215ºF/62ºC.
Algunas de las condiciones más comunes de un sistema
que causan aumentos en la temperatura de succión son:
A. Un ajuste de Recalentamiento alto. Esto se debe siempre revisar al arranque y ajustarse a las especificaciones del fabricante del equipo. La VET del sistema
no está diseñada para regular la temperatura del
vapor de refrigerante a la entrada del compresor. Al
permitir que la VET del sistema opere en condiciones
El sistema en la Figura 9 representa un sistema con las
mismas condiciones de operación, utilizando un compresor hermético con enfriamiento de succión. El vapor de
Figura 8 – Diagrama de Presión-Entalpía para un Compresor Abierto
SCALE CHANGE
0
10
20
40 4050
30
60
70
80
0.
5000
14
0. 6
0.01
REFRIGERANTE 22
4000
103
100
90
13
-10
12
-20
0.
-30
0.
108
110
15
0.
0.017
120
16
135
140
130
17
0.
0.018
0.
18
0.
150
19
0.020
0.
20
0.
160
21
22
0.
0.022
0.025
200
0.05
60
0
0.2
0
44
0
0.2
600
ns
tan
400
t Te
0.3
300
mpe
0.4
tura
do
140
°F)
Vap
or S
a
(
rature
200
0.7
1.0
100
1.4
80
2.0
60
3.0
40
4.0
30
5.0
60
20
7.0
40
-40 –
-40 –
14
20
10.0
0
-60 –
-60 –
-20
-60
-80 –
4.0
-40
6.0
-80 –
-80
3.0
-100 –
-100 –
En
0.2
0
0.3
10
0.4
20
0.5
30
0.6
40
0.7
50
60
0.8
70
0.9
80
90
0.
33
0.
0.3
1
100
0.3
9
0.1
-10
0.3
0
-20
0.2
0.8
0.6
-30
-120 –
2
1.4
34
2.0
-120 –
1400
800
0.2
80
-20 –
20
8.0
8
1000
0.14
100
-20 –
10
3000
2000
0
0
Co
0
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ui d
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0
0
0–
30
14
7
0
0
46
40
0
atu
rad
o
54
58
4000
6
0.10
0
34
0–
280
20 –
120
40
52
56
0
140
20 –
160
60
30 0
40 –
180
40 –
80
5000
5
200
60 –
220
60 –
240
80 –
260
80 –
140
100
0.2
215ºF / 62ºC Temp. de Descarga
0.5
100 –
200
0
140 –
120 –
120 –
320
140 –
36
180
160 –
160 –
400
42
180 –
300
4
48
Calor de
Compresión
38
600
50
0.07
160F
800
0.2
200
0.2
180
1000
Presión (psia)
23
190
0.04
Compresor Abierto
40ºF / 22ºC de Recalentamiento
de succión @ Entrada del Comp.
215ºF / 62ºC Temp. de Descarga
200 –
1400
1.0
0.
180
0.03
3000
2000
170
3
0.
5
0.
36
i
op
tr
0.
37
a
Co
n
a
st
e
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(
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14
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20
0.
38
0.
39
70
0
6.0
4.0
30
3.0
40
50
.40
8.0
Volumen Especifico (ft3/lb)
2.0
1.4
1.0
0.8
110
120
130
140
150
SCALE CHANGE
Entalpía (Btu/lb por encima de líquido saturado a -40ºF / -40ºC)
160
170
180
190
0.6
200
Folleto 10-207 (S1) / Página 5
Figura 9 – Diagrama de Presión-Entalpía de un Compresor Hermético con Enfriamiento de Succión
SCALE CHANGE
0
10
20
30
40 4050
60
70
80
0.
5000
4000
103
100
90
14
0. 6
0.01
13
-10
12
-20
0.
-30
0.
110
15
0.017
16
121
17
0.
0.018
0.
130
140
18
0.
19
0.020
0.
20
0.
170
21
22
0.
0.022
0.025
0.
180
23
0.05
200
46
m pe
400
300
0.4
295ºF /146ºC Temp.
0.5
de Descarga
0.7
rature
( °F)
Sat
ura
do
600
140
100
1.4
80
2.0
60
3.0
40
4.0
30
5.0
20
40
7.0
14
20
0
-60 –
-60 –
-20
-60
-80 –
4.0
-40
6.0
-80
3.0
-100 –
10.0
120ºF/68ºC Recalentamiento de
Succión, aumento en la Temperatura
e
de Vapor de Succión de 80ºF
/ 44ºC
nt
ta
ns
del Embobinado del motor
Co
a
-100 –
En
0.2
0
0.3
10
0.4
20
0.5
30
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40
0.7
50
60
0.8
70
0.9
80
90
0.
33
2
0.
0.3
1
100
0.3
9
0.1
-10
0.3
0
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0.2
0.8
0.6
-30
-120 –
34
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-120 –
200
1.0
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1400
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20
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0.2
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0
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0
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160
20 –
0
40 –
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40 –
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0
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60
60 –
180
80
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200
100
240
80 –
260
80 –
140
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100 –
200
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5
0.14
0
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120 –
320
140 –
300
0
180
160 –
160 –
400
0.2
0.10
0
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180 –
38
600
50
0.07
44
800
4
0.04
160F
1000
200
0.2
180
1400
0.2
190
0.03
Compresor Abierto
40ºF/22ºC de Recalentamiento
de succión @ Entrada del Comp.
295ºF/146ºC Temp. de Descarga
200 –
2000
1.0
152 160
150
REFRIGERANTE 22
3000
Presión (psia)
0.
120
0
5
.3
3
0.
6
0.
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20
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0.
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70
0
6.0
4.0
30
3.0
40
50
.40
8.0
Volumen Especifico (ft3/lb)
2.0
1.4
1.0
0.8
110
120
130
140
150
160
170
180
190
0.6
200
SCALE CHANGE
Entalpía (Btu/lb por encima de líquido saturado a -40ºF / -40ºC)
de retorno de líquido para asegurar una adecuada
temperatura del vapor a la entrada del compresor, es
peligroso (potencial daño al compresor) e ineficiente
(el refrigerar la línea de succión conlleva a gastos
operativos, y no tiene efecto alguno en la temperatura del producto). Al ajustarse apropiadamente, la
VET del sistema mantendrá una temperatura de
succión menor a la entrada del compresor sin
sacrificar la vida del mismo y la eficiencia del sistema.
B. Aislamiento deficiente o faltante (Figura 10). Puede
haber la tentación de usar un aislamiento más barato con pared de 3/8” de espesor. Esto debe evitarse.
En tramos largos de tubería o en casos en donde la
tubería de succión pasa por el ático, se recomienda
aislamiento con un espesor de pared de 1/2” ó 1”.
C. Intercambiadores de calor líquido – succión. Esta es
una situación clásica “robarle a Pedro para pagarle a
Pablo”. El vapor de succión frío sub-enfría el líquido,
lo cual asegurará una alimentación libre de vapor a
la VET. Lo hace, pero a expensas de una
temperatura más alta del vapor de succión. No solo
esto resulta en temperaturas de descarga más altas,
sino que también estas temperaturas del vapor de
succión más altas reducen la eficiencia del
compresor. Esto cancela cualquier ganancia de
eficiencia del líquido sub-enfriado.
2. Insuficiente Capacidad del Condensador: En raras
ocasiones esto puede ser resultado de un condensador
sub-dimensionado. Sin embargo, por cada condensador
sub-dimensionado en servicio, probablemente miles
más les falta mantenimiento. En la medida en que las
aletas del condensador se le acumulen suciedad, la
restricción en el flujo de aire pondrá en peligro la
capacidad de diseño del condensador.
La Figura 11 muestra el sistema mencionado
anteriormente, pero con un condensador sucio. La
temperatura de condensación ha aumentado de
100ºF/38ºC a 120ºF/49ºC y la temperatura de descarga
resultante ha aumentado a 320ºF/160ºC.
La Figura 3 muestra un ejemplo de esta condición; es un
compresor esperando fallar. Tristemente esto es
fácilmente... y completamente... evitable.
Figura 10 – Aislamiento Faltante en Línea de Succión
Aislamiento
Faltante
Página 6 / Folleto 10-207 (S1)
Figura 11 — Ciclo Típico con un Condensador Sucio
SCALE CHANGE
-10
0
10
20
30
45
50
40
60
70
80
4000
14
0. 6
0.01
0.
0.
5000
103
100
90
13
-20
12
-30
0.
110
15
0.017
0.
120
121
17
0.
0.018
16
0.
130
140
18
0.
19
0.020
0.
20
0.
REFRIGERANTE 22
3000
155
160
150
170
21
22
0.
0.022
0.025
0.
180
23
0.2
190
4
0.2
0.03
200
180
48
0
400
t Te
mpe
0.5
(
rature
o
tan
200
0.7
140
°F)
Sat
urad
0.2
ns
0
Vap
or
Co
0
36
320
0
260
Sat
ura
do
ido
Liqu
0
42
800
600
1.0
1.4
80
2.0
60
3.0
40
30
5.0
20
7.0
14
10.0
-20
-40
En
-100 –
-100 –
op
tr
n
Co
ia
st
(B
te
an
/
tu
lb
)
-F
14
0.4
20
0.5
30
0.6
40
0.7
0.8
60
50
0.9
70
80
90
0.
0.
33
0.
2
0.3
0
0.3
10
9
0
0.3
0.2
0.2
0.1
-10
0.3
1
-120 –
-120 –
34
1.4
35
0.
36
0.
8.0
6.0
20
4.0
30
3.0
40
2.0
-20
1000
0.14
4.0
-80
3.0
0.6
-30
1400
100
-60
-80 –
-80 –
3000
8
0.10
20
-60 –
4.0
0.8
0.2
40
-40 –
-40 –
6.0
1.0
7
2000
0
100
-20 –
-60 –
8.0
0.2
Temperatura 0.3
de Descarga
300
0.4
de 320ºF/160ºC
0
10
0
60
14
60
0
0
80
-20 –
20
120
0–
0–
30
58
0
140
20 –
20 –
40
160
60
180
40 –
40 –
80
56
4000
6
200
60 –
60 –
100
220
140
240
80 –
80 –
280
100 –
200
30 0
120 –
120 –
0
34
140 –
140 –
52
54
0
0
38
180
160 –
160 –
400
300
40
180 –
0
44
160F
800
600
50
0.07
46
1000
Presión (psia)
0.05
Condensador Sucio – 120ºF/49ºC Temp.
de Condensador Compresor Hermético
120ºF/67ºC de Recalentamiento @ Entrada
200 –
del Cilindro
1400
5000
5
0.2
0.04
2000
200
37
0.
38
0.
39
0
70
Volumen Especifico (ft3/lb)
50
.40
2.0
1.4
1.0
0.8
100
110
120
130
140
150
160
170
180
0.6
200
190
SCALE CHANGE
Entalpía (Btu por lb por encima del líquido saturado a -40ºF/-40ºC)
Figura 12 — Ciclo Típico Con Condensador Sucio y Presión de Succión Menor
SCALE CHANGE
0
10
20
30
45
50
40
60
70
80
0.
5000
4000
103
100
90
14
0. 6
0.01
13
-10
12
-20
0.
-30
0.
110
15
0.
0.017
124
130
120
16
17
0.
0.018
0.
140
18
0.
19
0.020
150
0.
20
0.
REFRIGERANTE 22
3000
165
170
160
21
22
0.
0.022
0.025
0.
180
23
0.2
190
4
0.2
0.2
0.04
180
t Te
(
rature
0.7
140
°F)
Sat
ura
do
400
m pe
o
tan
Sat
urad
ns
Vap
or
Co
ido
Liqu
0
0
600
300
1.0
1.4
80
2.0
60
3.0
40
4.0
30
20
14
Inyección de líquido a la entrada
del Compresor con una Y1037 lb - F)
/
VET Sensible a la Temperatura(Btu
E
-100 –
0.4
20
0.5
30
0.6
40
0.7
50
60
0.8
70
0.9
80
90
100
34
0.
33
0.
1
0
0.3
10
9
0
0.3
0.2
0.2
0.1
-10
0.3
-120 –
0.3
-120 –
2
1.4
-20
0
-100 –
0.6
-30
800
7.0
p
ro
nt
ia
Co
ns
t
10.0
14
20
te
an
0
5
.3
0.
36
0.
37
38
0.
39
70
0
6.0
3.0
40
0.
8.0
4.0
30
2.0
0.8
1000
5.0
-80
3.0
1400
48
44
4.0
1.0
0
-20
-80 –
8
100
-60
-80 –
-40
6.0
3000
0.4
Temperatura
de Descarga
0.5
de 320ºF/160ºC
200
100
-60 –
7
2000
0.3
40
-40 –
0.2
0.2
60
-40 –
-60 –
8.0
0
0.10
80
-20 –
0
10
60
0
0
20
14
0
0–
-20 –
20
0
0–
30
38
20 –
120
40
160
20 –
0
40 –
58
0
0
140
60
180
40 –
80
220
100
56
0
200
60 –
320
80 –
60 –
240
80 –
140
260
100 –
280
100 –
30 0
120 –
0
140 –
120 –
200
34
160 –
140 –
300
36
160 –
400
52
54
4000
6
0.14
Temperatura de Descarga disminuida
a
280ºF/138ºC con inyección de líquido0.2
40
600
42
160F
800
50
0.07
46
1000
Presión (psia)
0.05
200
1400
5000
5
0.03
Condensador Sucio – 120ºF/49ºC Temp. de
Condensador Compresor Hermético
130ºF/72ºC de Recalentamiento @ Entrada
del Cilindro Presión de Succión
disminuida
200 –
180 –
a 20 psia (-29ºF/-34ºC)
180
2000
200
50 Volumen Especifico (ft3/lb)
.40
2.0
1.4
1.0
0.8
110
120
130
140
150
SCALE CHANGE
Entalpía (Btu por lb por encima del líquido saturado a -40ºF/-40ºC)
160
170
180
190
0.6
200
Folleto 10-207 (S1) / Página 7
Figura 13 — Válvula de Expansión Sensible a la Temperatura Sporlan Y1037
Evaporador
Y1037
Y1037
Condensador
Compresor
3. Disminuyendo la Presión de Succión: Como
indicamos anteriormente, el proceso de compresión más
o menos sigue la línea de entropía constante en el
diagrama de Presión-Entalpía.
Con una presión de descarga constante, cuando el proceso de compresión comienza en una línea de entropía
de un valor mayor, la temperatura de descarga resultante es más alta. Hay dos maneras en que el proceso de
compresión puede iniciarse en una línea de entropía
constante mayor: una temperatura de succión mayor O
una presión de succión menor. El sistema en la Figura
12 está operando a una presión de succión menor; se
ha disminuido de 10 psig a 5.5 psig, mientras que la
temperatura de condensación se mantiene en
120ºF/49ºC. El resultado es una temperatura de
descarga más alta; 365ºF/185ºC. Es importante que el
sistema opere con la succión más alta posible.
Recibidor
“refrigeración”, particularmente en aplicaciones de baja
temperatura. Está expuesto a una relación de
compresión mayor, la cual ejerce estrés en las superficies de los cojinetes/casquillos y por ende, el proceso de
compresión es menos eficiente. Esto puede superarse
utilizando un proceso de compresión de dos-etapas; ya
sea un compresor de dos-etapas o dos compresores
separados que compriman el vapor en dos etapas.
4. Tipo de Refrigerante: Se utilizan muchos criterios al
De mayor importancia, es que en aplicaciones de baja
temperatura, el R-22 tiene el potencial para crear
devastadoras altas temperaturas de descarga. Si el
sistema está operando de acuerdo al diseño... considerando que el condensador fue seleccionado
adecuadamente Y está limpio, el recalentamiento de la
VET está ajustado correctamente, la línea de succión
está bien aislada, y la presión de succión está al valor
más alto posible, el sistema todavía operará con temperaturas de descarga altas. Esto es simplemente debido a
las propiedades y características físicas del R-22.
seleccionar el refrigerante para una aplicación dada:
costo, disponibilidad, desempeño y beneficios ambientales. Cuando el R-502 se sumó a la lista de las especies
en extinción, y reemplazos adecuados para aplicaciones
de refrigeración fueron necesarios, pareció lógico enlistar el R-22 como un reemplazo. Se había estado
utilizando en aplicaciones de refrigeración antes que se
desarrollara el R-502 en la década de los ’60.
Debido a esta limitación, si se escoge el R-22 como un
refrigerante para baja temperatura, algo debe hacerse
para “neutralizar“ su problema de altas temperaturas
de descarga. Un abanico para enfriar el cuerpo del
compresor es un buen comienzo, ya que puede reducir la
temperatura de descarga, quizás unos 15-25 grado F (8
– 14 grados C).
Uno debe preguntarse, “Si el R-22 era un buen refrigerante para aplicaciones de refrigeración, ¿porque se
desarrolló el R-502?” La respuesta es que el R-22 tiene
algunas limitaciones como un refrigerante para
La “solución” real sería atacar el problema a la entrada del
compresor. Recuerde que por cada 1ºF/0.6ºC de cambio en la
temperatura de succión, habrá un cambio equivalente
aproximado de 1ºF/0.6ºC de cambio en la temperatura de
Página 8 / Folleto 10-207 (S1)
descarga. Esto puede ser tanto un aumento como una
reducción. Al saber esto, parece ser sencillo controlar la
temperatura de descarga controlando la temperatura de
succión. De aquí nace la válvula de inyección de líquido.
La Figura 13 muestra la aplicación de la válvula de inyección
de líquido; Válvula de Expansión Sensible a la Temperatura
Sporlan Y-1037. Su función es bastante sencilla: monitorear
la temperatura de descarga del compresor por medio de un
bulbo sensor. Cuando la temperatura de descarga excede el
ajuste de la Y-1037, esta inyecta una mezcla de líquido y
vapor saturado dentro de la línea de succión. Esto reducirá la
temperatura del vapor de succión, lo cual a su vez, reduce la
temperatura de descarga. Al saber que la temperatura en
donde está localizado el bulbo sensor es 50-75ºF/28–42ºC
menor que la temperatura real de descarga, el técnico puede
fácilmente seleccionar una Y-1037 con un ajuste de
tempera-tura basado en la máxima temperatura de descarga
deseada. Si el punto deseado para que la Y-1037 comience a
inyectar líquido es una temperatura de descarga de
280ºF/138ºC, entonces el ajuste de la Y-1037 será de 205ºF
(280-75)/96ºC (138-42). El sistema en la Figura 12 ilustra el
beneficio de la inyección de líquido.
La Y-1037 responde a la temperatura solamente. No hay
conexión de ecualizador y la presión no influye en su
operación. El bulbo sensor deberá sujetarse fijamente 6” (15
cm) alejado de la válvula de servicio de descarga del
compresor para un control preciso. Se recomienda aislar
el bulbo para evitar que las temperaturas ambientales
influyan en la temperatura del bulbo. La conexión de
entrada de la Y-1037 debe ser conectada a una fuente de
refrige-rante líquido libre de vapor; la conexión de salida
debe ser conectada a la línea de succión 12”-18” (5-7 cm)
alejada de la válvula de servicio de succión del compresor.
Dado que la Y-1037 tiene la habilidad de cerrar
Printed in U.S. of A
completamente, una válvula
normalmente no se requiere.
solenoide
adicional,
La inyección de líquido puede usarse para reducir excesivas
temperaturas de descarga en procesos de compresión de
una sola etapa o para controlar la temperatura entre las
etapas en un proceso de compresión de doble etapa.
Conclusión: Tal como se estableció hace dos décadas, el
recalentamiento de compresores ES hoy día, el problema de
campo más serio que hay. Muchos de los problemas y fallas
de compresores pueden ser directamente relacionados con
temperaturas de descarga altas.
Varias causas de esta condición existen y muchas pueden
solucionarse con un diagnóstico apropiado y acción
correspondiente. Los condensadores deben limpiarse según
sea necesario para mantenerlos operando a su capacidad de
diseño. La temperatura del vapor de succión debe
mante-nerse dentro de los límites aceptables ajustando la
VET del sistema correctamente y aislando la línea de
succión debidamente. No se debe permitir que los
compresores operen a presiones de succión anormalmente
bajas, ya que esto llevará a temperaturas de descarga
más altas.
Con algunos refrigerantes y aplicaciones, se requiere de
métodos adicionales para aliviar las altas temperaturas de
descarga. Esto puede lograrse hasta cierto grado con un
abanico que enfríe el cuerpo del compresor. Para controlar
este problema completamente, una Válvula de Expansión
Sensible a la Temperatura de Sporlan, la cual monitorea la
temperatura de descarga, puede usarse. Inyectando
líquido/vapor saturado dentro de la línea de succión
reducirá la temperatura del vapor recalentado, y a su vez
reducirá las temperaturas de descarga excesivas.
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