Selección de los compresores adecuados
Hay tres tipos principales de compresores de refrigeración: de tornillo rotativo, alternativos y de paletas rotativas. Según Tony Lundell director de estándares y seguridad de IIAR, comprender cómo funcionan es fundamental para conseguir una operación lo más efectiva posible.
Primero, se verán los tres tipos de compresores, cómo se aplican, configuran y enfrían, y luego se explorarán los errores comunes que se cometen en la industria con respecto a la eficiencia energética al usar estos ajustes.
Hay dos tipos principales de Compresores de tornillo rotativo: simples y dobles. Uno de los principales beneficios de estos compresores es su versatilidad. Se pueden usar en casi cualquier aplicación de refrigeración, según Lundell. Este tipo de compresores, puede adaptarse a relaciones de compresión de hasta 20:1 con amoníaco y se pueden instalar en varias configuraciones.
Los compresores de doble tornillo tienen rotores macho y hembra que aspiran el vapor refrigerante y se comprime en el espacio entre los dos tornillos a medida que giran. El vapor se empuja a través del compresor donde se expulsa a través de un puerto de descarga, según Lundell. Estos aumentan la presión y la temperatura de manera significativa y satisfactoria. Los compresores de un solo tornillo funcionan de manera similar, pero con un solo elemento en rotación.
Ambos compresores usan aceite, que se puede enfriar de una de las cuatro maneras siguientes.
- El enfriamiento por inyección de líquido consiste en inyectar refrigerante líquido a alta presión en el espacio entre los rotores del compresor, donde se expansiona alcanzando una temperatura de baja presión dentro del compresor. Esa evaporación enfría el aceite en el sistema. Es una opción de coste bastante bajo, pero incluye ineficiencias, según Lundell. Sin embargo, los avances recientes en válvulas de expansión motorizadas permiten que las plantas reduzcan su presión de descarga más que cuando se usan válvulas de expansión termostática para la inyección de líquido, de acuerdo con Mike Reiner, director de ingeniería de GEA Systems North America.
- El enfriamiento por termosifón es otra opción. Se considera un método pasivo para enfriar el aceite del compresor. El enfriamiento por termosifón utiliza un intercambiador de calor, generalmente de carcasa y tubos o de carcasa y placas montado al lado del compresor. El amoníaco líquido a alta presión se canaliza desde un recipiente piloto elevado hacia un lado del intercambiador, y el aceite calentado pasa por el otro lado, donde se enfría. La instalación adecuada y el diseño de las tuberías de refrigerante son cruciales para que el sistema de termosifón funcione correctamente, comentó Reiner. Este método de enfriamiento tiene tres ventajas principales, explicó Lundell. Primero, no hay una penalización de potencia de capacidad asociada con él. En segundo lugar, no existe un límite inferior artificial para la presión de descarga. En tercer lugar, el calor expulsado del aceite se dirige directamente al condensador, proporcionando ahorros de energía especialmente en compresores economizados y sistemas de dos etapas.
- El enfriamiento con agua o glicol es similar al enfriamiento por termosifón en el sentido de que se monta un intercambiador de calor al lado de la unidad del compresor, pero se bombea agua o glicol en lugar de amoníaco. Este método hace que el calor extraído del aceite esté disponible y sea más fácil de utilizar (recuperación de calor). No hay límite para la presión de descarga de estos sistemas, dijo Reiner. Otra ventaja de usar enfriadores de aceite de agua o glicol es que el calor disipado se puede usar en otras zonas de la instalación, como suelo radiante o precalentamiento de agua.
- El enfriamiento por contacto directo entre el refrigerante y el aceite es un método relativamente nuevo pero funciona bien con ciertos sistemas. Una capa de refrigerante líquido se mantiene sobre el aceite dentro de un separador, que hierve y enfría constantemente el aceite. Si bien este método es prometedor, Reiner dijo que pocos o ningún fabricante utiliza actualmente este método de enfriamiento.
Los compresores alternativos son ampliamente utilizados en ambientes de alta o baja temperatura. Estos sistemas pueden adaptarse a relaciones de compresión de 8:1 con amoníaco y pueden instalarse como compresores en booster, etapa de alta, aspiración de alta y de una etapa. Por lo general, no son tan grandes como los compresores de tornillo, dijo Lundell.
Los compresores alternativos utilizan pistones, similares a un motor de automóvil, para comprimir el vapor de refrigerante dentro de un cilindro. La mayoría de los compresores tienen de dos a 16 cilindros. Los pistones son accionados por un cigüeñal movido directamente por un motor eléctrico o indirectamente mediante correas. Se abre una válvula de entrada por donde el vapor de refrigerante a baja presión y temperatura se introduce en el cilindro. El pistón baja, la válvula se cierra y el pistón sube para comprimir el vapor. Durante el proceso de compresión, se genera calor que luego debe disiparse, dijo Reiner.
Por lo general, los compresores alternativos se enfrían con agua que circula a través de los cabezales y las camisas de los cilindros, nuevamente, como un motor de automóvil. Algunos también tienen enfriadores de aceite externos que utilizan intercambiadores de calor enfriados por agua.
Dependiendo de la ubicación, el agua de fuentes naturales puede circular a través del sistema a un coste mínimo o nulo en términos energéticos y económicos. Algunos compresores alternativos se enfrían con aire, como los motores Volkswagen antiguos o la mayoría de las motocicletas, y no requieren enfriamiento adicional, dijo Riner.
Finalmente, los compresores rotativos de paletas rara vez se usan en instalaciones nuevas, pero siguen siendo abundantes en instalaciones más antiguas. Se utilizan principalmente como compresores booster en aplicaciones de baja temperatura. Pueden adaptarse a una relación de compresión de 5:1 con amoníaco, según Lundell.
Dentro de un compresor de paletas rotativas, hay un eje desplazado con paletas planas que irradian desde él. A medida que el compresor gira, estas paletas empujan hacia afuera y comprimen el vapor. Son bastante eficientes y pueden mover un gran caudal de refrigerante sin producir mucho calor, dijo Lundell.
Los compresores de paletas rotativas se enfrían mediante inyección de líquido similar a los compresores de tornillo, o se puede bombear agua o aceite destilado a través de las camisas del sistema para quitar el calor de las paletas.
Si bien se pueden emplear muchas combinaciones diferentes de compresores y métodos de enfriamiento para cualquier tarea, seleccionar la combinación correcta y configurarla adecuadamente es fundamental para garantizar que el sistema funcione de la manera más eficiente posible.
A menudo, se necesitan varios compresores para mantener una gran carga a una determinada temperatura. Como mínimo, al menos un compresor debe tener instalado un variador de frecuencia (VSD). De esta manera, los compresores sin VSD pueden seguir funcionando en una condición de carga completa y el compresor con VSD puede ajustarse para reducir la carga, dijo Rainer. Esto ahorrará dinero, ahorrará energía y reducirá los costes de mantenimiento.
Otro problema con el que se encuentran algunas instalaciones es que, en los incrementos de producción de una instalación, la cantidad de condensadores no crece con ella, dijo Lundell. Los ingenieros ajustan las temperaturas del equipo, funcionando a presiones de aspiración más bajas y presiones de descarga más altas para cumplir con el aumento de demanda en el equipo. Esto requiere más energía y quema el equipo.
Finalmente, en algunas instalaciones se ajustan las presiones de descarga del condensador sin considerar las condiciones atmosféricas, lo que genera enormes costes e ineficacias durante los períodos de fluctuaciones de temperatura y humedad. Lundell indica que un enfoque de bulbo húmedo puede resolver este problema, ajustando la presión en el condensador y ahorrando dinero y energía.
