INSTALACIONES FRIGORIFICAS COMPRESORES PARA REFRIGERACION 2º Parte - Teoría de Funcionamiento y Selección Docente: Ing. Roberto R. Burtnik. JTP S.E. - Dto. de Ing. Electromecánica.

Compresores Ciclo de Compresión Aspiración Compresión Descarga Re expansión Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

CICLO DE COMPRESIÓN (TEORICO) Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

Desplazamiento del Compresor Compresores Ciclo de Compresión Desplazamiento del Compresor 3. Desplazamiento del Compresor. El desplazamiento de un compresor alternativo es el volumen total barrido en el cilindro por el pistón en un cierto intervalo de tiempo. D: diámetro del cilindro (m) L: Carrera del Pistón (m) n: Velocidad de rotación (rpm) z: Numero de cilindros De acuerdo al volumen de cilindrada VC: Volumen de cilindrada (m3) Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

Capacidad Refrigerante Teórica Compresores Ciclo de Compresión Capacidad Refrigerante Teórica 4. Capacidad Refrigerante Teórica. La capacidad refrigerante de cualquier compresor se obtiene como el caudal másico de refrigerante que circula por el efecto refrigerante. Indica la capacidad del compresor en Kcal/h r: densidad del vapor en la succión del compresor (kg/m3) v: Volumen especifico del vapor en la succión del compresor (m3/kg) La capacidad del compresor en Ton Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

Capacidad refrigerante real Compresores Ciclo de Compresión Capacidad Refrigerante Real 5. Capacidad Refrigerante Real. En la determinación de la capacidad refrigerante teórica no se tuvo en cuenta los siguientes puntos: El claro mecánico entre el pistón y la placa de válvulas (Espacio nocivo). La relación de presiones entre la aspiración y descarga. La densidad con la que se llena el cilindro es menor que la densidad del vapor en la tubería de succión. Por estas razones el volumen real del vapor que pasa al compresor siempre es menor que el volumen desplazado por el pistón. Esta diferencia se mide mediante el rendimiento volumétrico total. Rendimiento Volumétrico total Va: Volumen realmente admitido Capacidad refrigerante real Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

CAPACIDAD REFRIGERANTE REAL Además la capacidad de un compresor se ve afectada por: El espacio nocivo y re expansión del gas remanente; y La relación de compresión. Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

CAPACIDAD REFRIGERANTE REAL Se deben a tres razones: La densidad del refrigerante en el cilindro siempre es menor que en la tubería de succión por el efecto del estrangulamiento. Calentamiento en el cilindro provoca el ingreso de menos masa. Fugas por el pistón y válvulas hacen que tengamos un rendimiento volumétrico real. Todos estos factores son fuertemente dependiente de la relación de compresión y velocidad del compresor. Cabe remarcar que: el rendimiento volumétrico varía con el diseño del compresor y con el refrigerante usado. Además no es de valor ctte, si no que depende de las condiciones de operación del sistema. Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

CAPACIDAD REAL DEL COMPRESOR Y SU RELACION CON LA TEMPERATURA DE SUCCION Y DE DESCARGA La temperatura en la succión, o mejor dicho la temperatura vaporizante del líquido en el evaporador, es uno de los factores más importantes que regula o controla la capacidad de un compresor. Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

6. Rendimiento o eficiencia volumétrica total. Compresores Ciclo de Compresión Rendimiento Volumétrico Total 6. Rendimiento o eficiencia volumétrica total. Factores que modifican la eficiencia volumétrica total: El Volumen del espacio nocivo. El estrangulamiento en las válvulas. El calentamiento del gas en el cilindro. Fugas por el pistón y válvulas. Dentro del rendimiento volumétrico total se incluye lo que se define como, Rendimiento volumétrico teórico (hT) y que depende únicamente del volumen del espacio nocivo V0 y de la relación de presiones P0 y Pf, y en menor medida de su refrigeración: Pf: Presión de descarga P0: Presión de succión Para tener en cuenta los demás factores: estrangulamiento, calentamiento y fugas se define el coeficiente b0. Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

6.1. Efecto del volumen del espacio nocivo. Compresores Ciclo de Compresión Rendimiento Volumétrico Teórico 6.1. Efecto del volumen del espacio nocivo. Efecto del volumen del espacio nocivo (V0) sobre el rendimiento volumétrico Teórico Como: y Resulta: A mayor volumen de espacio nocivo menor será el rendimiento volumétrico teórico. Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

Ciclo de Compresión Compresores Rendimiento Volumétrico Teórico 6.2. Efecto de la relación de compresión. Efecto de la relación de compresión (R) sobre el rendimiento volumétrico Teórico Como: y Resulta: A mayor relación de compresión menor será el rendimiento volumétrico teórico. Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

Compresores Ciclo de Compresión Rendimiento Volumétrico Real 6.3. Efecto del estrangulamiento sobre el rendimiento volumétrico real. Esto proceso ocurre cuando el vapor refrigerante circula a través de las válvulas del compresor. Para ver de que manera el efecto de estrangulamiento influye en el rendimiento volumétrico real debemos recordar la ecuación siguiente: El refrigerante experimentara una caída de presión y en consecuencia una expansión al atravesar la válvula de admisión lo que conduce a menor masa aspirada de refrigerante. Mayor será esta caída de presión y menor la masa aspirada cuando mayor sea la velocidad de circulación del refrigerante (VR). Aquí juega un rol importante las r.p.m. del compresor. Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

6.4. Efectos de calentamiento del cilindro Compresores Ciclo de Compresión Rendimiento Volumétrico Real 6.4. Efectos de calentamiento del cilindro El vapor al ingresar al cilindro, absorbe calor de sus paredes remanente de la compresión del ciclo anterior. Este calentamiento produce la dilatación del vapor dentro del cilindro, dando como resultado menor masa de refrigerante aspirado. Cuanto mayor sea la relación de compresión mayor será la temperatura del gas a la descarga, con lo cual conduce a un mayor calentamiento del cilindro y bajar la cantidad de masa de gas aspirado. 6.5. Efectos de las fugas: Si existe fuga de vapor a través de válvulas o por los aros, originara una disminución de la masa bombeada en la descarga. La imposibilidad de diseñar válvulas de cierre instantáneo permite que una cierta cantidad de vapor se fugue a través de estas. Para asegurar un cierre rápido de las válvulas se construyen de materiales ligeros y generalmente actuadas por resorte o muelle. Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

7. Determinación del rendimiento volumétrico real: Compresores Ciclo de Compresión Rendimiento Volumétrico Real 7. Determinación del rendimiento volumétrico real: El efecto combinado de todos los factores anteriores en la eficiencia volumétrica varia con: El diseño del compresor. El refrigerante utilizado. Las condiciones de funcionamiento. El Tamaño del compresor. Efecto de la relación de compresión sobre la eficiencia volumétrica en un compresor para refrigerante halogenados (de 5 a 25 HP). Para amoniaco el rendimiento es de un 5 a y 10% superiores. Otra forma de obtener la eficiencia volumétrica real es como: Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

Compresores Ciclo de Compresión Capacidad de refrigeración 8. Variación de la capacidad de refrigeración teórica y real con la temperatura de succión: El rendimiento del compresor y la eficiencia del sistema varían considerablemente con las condiciones de funcionamiento del ciclo. El factor más importante que restringe la capacidad del compresor es la temperatura de succión (TSUCC). Al disminuir TSUCC Con respecto a la capacidad real Sin embargo la potencia requerida para su accionamiento aumenta!!! Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

Compresores Ciclo de Compresión Capacidad de refrigeración 9. Variación de la capacidad de refrigeración teórica y real con la temperatura de condensación: En general la capacidad refrigerante del compresor disminuye a medida que la temperatura condensante (TC) se aumenta. Al aumentar TC Con respecto a la capacidad real Nuevamente, la potencia requerida para su accionamiento aumenta!!! Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

10. Potencia teórica del compresor Nt: Compresores Ciclo de Compresión Potencia teórica del compresor 10. Potencia teórica del compresor Nt: La potencia teórica del compresor se obtiene multiplicando la capacidad refrigerante real del compresor (en Ton o Kw) por la potencia teórica necesaria por capacidad unitaria, para las condiciones de operación especificas: La potencia teórica necesaria por capacidad unitaria de refrigeración es la inversa del COP: Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

10.1. Variación de la potencia con la temperatura de succión: Compresores Ciclo de Compresión Potencia teorica del compresor 10.1. Variación de la potencia con la temperatura de succión: Cuando disminuye la temperatura de succión, manteniéndose la temperatura de condensación constante la potencia disminuirá: Con excepción del COP todos los términos de esta ecuación tienden a disminuir la potencia requerida para la compresión. Por lo general es insuficiente la variación del COP para compensar la disminución de la potencia requerida, resultando en una potencia menor si se disminuye la temperatura de succión. Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

Potencia teórica del compresor Compresores Ciclo de Compresión Potencia teórica del compresor 10.2. Variación de la potencia con la temperatura de Condensación: Cuando aumenta la temperatura condensante, manteniéndose la temperatura de succión constante la potencia a suministrar al compresor aumentara: Con excepción del COP todos los términos de esta ecuación tienden a disminuir la potencia requerida para la compresión. Por lo general la variación del COP compensa la disminución de la potencia requerida, resultando en una potencia por tonelada, mayor si se aumenta la temperatura de condensante. Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

Potencia Real del compresor Compresores Ciclo de Compresión Potencia Real del compresor 11. Potencia real a requerida por el compresor: Para determinar la potencia que se debe suministrar en el eje del compresor , se debe aplicar la eficiencia total h0: hC : Eficiencia de compresión hm : Eficiencia mecánica N: Potencia Teórica La eficiencia de compresión relaciona la diferencia que existe entre el ciclo de compresión ideal y real. Este rendimiento también se llama rendimiento indicado del compresor. Los factores que afectan la eficiencia de compresión son muy similares a los que afectan al rendimiento volumétrico real o total hR del compresor con lo cual generalmente se los designa como iguales. Puede obtenerse con exactitud razonable a la potencia requerida en el eje del compresor agregando un 10% para compensar las perdidas mecánicas: Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

12. Potencia indicada del compresor: Compresores Ciclo de Compresión Potencia Indicada 12. Potencia indicada del compresor: Los diagramas indicados se denominan así porque se obtienen mediante dispositivos indicadores que censan las variaciones de presión dentro del cilindro. El área representada dentro del ciclo de compresión obtenido es el trabajo indicado. Si relacionamos este trabajo con el tiempo se obtiene la potencia indicada NiR Para obtener la potencia indicada se afecta a la potencia teórica por la eficiencia de compresión: Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

REQUERIMIENTO REAL DE POTENCIA Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

4. Especificación para la pre-selección de compresores: Para pre-seleccionar un compresor para una determinada aplicación será necesario conocer los siguientes datos: Refrigerante a utilizar en la instalación. Capacidad de refrigeración necesaria. (Kcal/h; Tn; kW; ect.) Temperatura de succión saturada de diseño Temperatura de condensación saturada de diseño. La temperatura de condensación de diseño depende: Temperatura del medio condensante Medio condensante Tamaño del condensador seleccionado (Capacidad) Cantidad o caudal del medio condensante enfriador. Se deberá tener especial énfasis: Si seleccionamos previamente el evaporador , entonces la capacidad de refrigeración del compresor estará en función de la capacidad del evaporador y no de la carga de enfriamiento de la aplicación. Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017

4. Especificación para la pre-selección de compresores: Compresores para Refrigeración - Ing. Roberto R. Burtnik - Curso 2017