Cómo funciona un compresor de refrigeración y por qué el servicio industrial es diferente

Busca cómo funciona un compresor y casi todo lo que encuentras es sobre aire acondicionado: una casa, un termostato, una furgoneta de servicio. La termodinámica en esas respuestas no está mal. El marco que la rodea lo es, y el marco es lo que decide si una máquina dura quince años en una cámara frigorífica o falla en su tercera temporada.

Esta página responde a la pregunta sobre refrigeración industrial (cámaras frigoríficas, congeladores rápidos, enfriamiento de procesos, bodegas de pescado) donde el compresor hace exactamente el mismo trabajo pero es elegido y desactivado por diferentes números.

Una máquina alternativa semihermética: motor dentro del límite del refrigerante, cilindros en la parte superior, válvulas de servicio en los extremos. Todo lo siguiente sucede entre esas dos válvulas.

Conclusiones clave

• Un compresor no hace frío. Mantiene una diferencia de presión, y la diferencia de presión es lo que permite que el refrigerante hierva por debajo de la temperatura necesaria. Se retira el compresor y el frío se detiene, pero no porque se estuviera fabricando frío.

• Dos números deciden si la máquina sobrevive: la relación de presión y la temperatura de descarga. La capacidad llama la atención; esos dos obtienen los reclamos de garantía.

• Cuatro números describen correctamente un compresor. Desplazamiento, capacidad en un punto de trabajo establecido, relación de presión, temperatura de descarga. Las clasificaciones de eficiencia estacional pertenecen al enfriamiento confortable, no a un congelador que funciona a una temperatura de evaporación fija.

• 'Dos etapas' es ambiguo y la gente compra la máquina equivocada por eso. En aire acondicionado normalmente significa dos niveles de capacidad. En refrigeración industrial significa dos etapas de compresión. No son lo mismo.

Qué está haciendo realmente el compresor

El refrigerante hierve a una temperatura determinada por su presión. Si baja la presión lo suficiente, hierve muy por debajo de la temperatura de la habitación que está tratando de enfriar, razón por la cual el calor fluye fuera de la habitación hacia el refrigerante y no al revés. Ese es todo el truco. Todo lo demás es plomería y el compresor es la bomba que mantiene constante la diferencia de presión.

Cuatro componentes, cuatro estados. Toda la contribución del compresor es la pata izquierda: toma vapor a la presión de succión y lo entrega a una presión en la que el condensador puede rechazar el calor a cualquier cosa que esté disponible: agua de mar, aire ambiente, una torre de enfriamiento.

Lee el bucle una vez más, lentamente, porque en dos de los cuatro pasos es donde las plantas realmente salen mal.

Succión. El compresor extrae vapor del evaporador. Debe ser vapor: un compresor no puede bombear líquido y, si llega líquido, la máquina convierte la energía de un pistón en movimiento en un martillo hidráulico en lugar de un aumento de presión. La línea de succión es también la que lleva el aceite de regreso al cárter, por lo que su pendiente, sus trampas y su aislamiento son decisiones de ingeniería más que detalles de instalación.

Compresión. El volumen se cierra y la presión aumenta, y con ella la temperatura, no porque se haya agregado calor, sino porque la misma cantidad de energía ahora se encuentra en un espacio más pequeño. Este es el paso que cuesta la electricidad y genera la temperatura de descarga que luego decide cuánto duran las válvulas.

Descarga y condensación. El vapor caliente a alta presión ingresa al condensador, cede calor al medio refrigerante y sale como líquido. La temperatura a la que se puede enfriar es el factor más importante en la eficiencia de toda la planta, y la establece el condensador y el clima, no el compresor.

Expansión. El líquido pasa a través de una válvula al lado de baja presión, se evapora parcialmente y desciende hasta la temperatura de evaporación. El frío se produce aquí, en la válvula y en el evaporador, no en el compresor.

Los dos números que deciden si funciona

Pregunte cuál es la capacidad de un compresor y obtendrá un número en kW. Pregunte en qué condiciones y la respuesta a veces resulta vaga. Esa vaguedad es lo que hace que los proyectos salgan mal, porque un compresor no tiene capacidad en abstracto: tiene capacidad a una temperatura de evaporación, una temperatura de condensación y un refrigerante, y los tres lo mueven.

Los dos números que importan más que la capacidad son estos.

La relación de presión es la presión de descarga dividida por la presión de succión, ambas absolutas. Es la medida de con qué fuerza se le pide que levante la máquina. A medida que aumenta, la eficiencia volumétrica disminuye (se pierde una mayor cantidad de cada carrera debido a la reexpansión del gas de limpieza) y la temperatura de descarga aumenta con ello.

La temperatura de descarga es lo que realmente destruye las máquinas. A partir de cierto punto, el aceite comienza a descomponerse, el plato de la válvula se erosiona y los espacios que el aceite estaba sellando dejan de sellarse. Un compresor funcionando a una relación de presión cómoda pero un condensador escaso aún puede cocinarse solo.

Ambas cifras surgen del punto de trabajo, no de la respuesta de ventas de un competidor. Si un proveedor indica la capacidad sin indicar las temperaturas de evaporación y condensación, la cifra no es comparable a nada.

Cuatro números describen un compresor y ninguno de ellos es SEER

La refrigeración confortable se clasifica según la eficiencia estacional: un número único que suma un año entero de funcionamiento a carga parcial en una sola cifra, porque un aire acondicionado pasa la mayor parte de su vida útil a carga parcial y su carga sigue el clima.

Una máquina de refrigeración industrial no suele funcionar así. Un congelador rápido tira hacia abajo con fuerza y ​​luego se mantiene. Un almacén frigorífico funciona cerca de su punto de diseño durante miles de horas. Un enfriador de proceso sigue un programa de producto. Las clasificaciones estacionales basadas en cargas parciales condicionadas por el clima no describen casi nada de eso.

Nuestra propia gama de motores alternativos de cuatro cilindros va de 34,73 a 56,25 m³/h en ocho modelos, de 6 a 20 CV, con alimentación trifásica de 380 a 420 V. Ésos son los números que compara un ingeniero de planta; también son números que una calificación estacional no puede expresar.

Las cuatro familias que importan en la refrigeración industrial

Hay más de cuatro arquitecturas, pero estas son las que aparecen en las salas de las plantas frigoríficas.

Reciprocante. Pistones, cilindros, válvulas de succión y descarga. Desplazamiento positivo, por lo que mantiene su capacidad a medida que aumenta la relación de presión y tolera una amplia gama de refrigerantes. Se puede reparar en el campo: se quitan los cabezales, se reemplazan las placas de válvulas y la máquina vuelve a funcionar. Los nuestros son semiherméticos, con bastidores de dos, cuatro y seis cilindros en Blait, y esta es la arquitectura que cubre la mayoría de las tareas de procesamiento y almacenamiento en frío de hasta unos pocos cientos de kW.

Tornillo. Dos rotores entrelazados, compresión continua, muchas menos piezas móviles y sin válvulas de succión o descarga que se desgasten. Es la respuesta correcta con mayor capacidad y alta relación de presión, razón por la cual el servicio de congelación es territorio de tornillo. También es menos indulgente con una capacidad muy pequeña y cuesta más fabricarlo en tamaños pequeños.

Voluta. Dos espirales, una orbitando. Excelente en equipos compactos y tareas comerciales livianas, donde es silencioso y confiable. En la refrigeración industrial aparece en pequeñas unidades condensadoras y en algunos sistemas en cascada, no como máquina principal en un congelador.

Centrífugo. Un impulsor que lanza gas hacia afuera. Capacidad muy grande, enfriadores muy grandes y un conjunto diferente de problemas: el aumento con carga baja es el que los rompe.

Dos de esos cuatro son los que construye Blait: alternativos en marcos de dos, cuatro y seis cilindros, y tornillos en forma de una sola etapa y de un solo cuerpo de dos etapas. Esto no es una coincidencia: es el par de arquitecturas que cubren la refrigeración industrial desde una pequeña cámara frigorífica hasta una planta de congelación.

"Dos etapas" significa dos cosas diferentes y le cuesta dinero a la gente.

Esta es la ambigüedad más cara de la industria y aparece en las especificaciones todas las semanas.

En aire acondicionado, 'dos etapas' generalmente describe pasos de capacidad : una máquina que funciona aproximadamente al setenta por ciento o a plena capacidad, o un sistema con un termostato de dos etapas. Nada sobre los cambios de compresión; la máquina simplemente tiene dos niveles de salida en lugar de uno.

En refrigeración industrial, 'dos etapas' describe dos etapas de compresión : el gas se comprime, se enfría o se desrecalienta a una presión intermedia y se comprime nuevamente. La razón es la relación de presión: a una temperatura de evaporación profunda, una sola etapa funcionaría a una relación que ninguna placa de válvula ni ningún aceite tolerarán por mucho tiempo.

Los dos significados producen máquinas que no se parecen en nada, y una especificación que dice "dos etapas" sin decir cuál no puede citarse correctamente. Nuestro propio tornillo de dos etapas es del segundo tipo: dos conjuntos de rotores en un cuerpo, un motor entre ellos, con una relación de desplazamiento de etapa baja a etapa alta de 2,18 a 1, y una cámara de presión intermedia que realiza el trabajo que realiza una disposición de dos máquinas con un recipiente externo.

Si está escribiendo una especificación, escriba "dos etapas de compresión, con intercooler" o "dos pasos de capacidad". Las siete palabras extra salvarán un rediseño.

¿Por qué un servicio por debajo de menos treinta cambia la máquina?

A medida que cae la temperatura de evaporación, la relación de presión aumenta y suceden tres cosas juntas.

La eficiencia volumétrica cae, por lo que un desplazamiento determinado ofrece menos capacidad y el marco se hace más grande para el mismo trabajo. La temperatura de descarga aumenta, por lo que el aceite y las válvulas deben sobrevivir más. Y el flujo másico cae, lo que significa que el petróleo tiene menos gas para viajar: el retorno de un funcionamiento prolongado del evaporador se convierte en un problema de diseño más que en un detalle.

En algún punto por debajo de los treinta grados bajo cero la aritmética deja de favorecer una sola etapa. La respuesta es dos etapas de compresión en una máquina o una disposición alternativa de dos etapas para el extremo más pequeño del rango. Cuál es la correcta es una función de la capacidad y de cómo se operará la planta, no de la preferencia.

La elección del refrigerante se suma a eso. R404A y R507A siguen siendo los HFC que funcionan en esta banda y son para los que están diseñadas la mayoría de nuestras máquinas marinas y de cámaras frigoríficas. El R22 sobrevive en una planta existente pero no es una opción para una nueva. El CO2 transcrítico es un régimen de presión completamente diferente y una conversación diferente: real, pero no directa.

Dónde se detiene el compresor y arranca la planta

El compresor es la máquina en primer plano. Todo lo que hay detrás (separador, receptor, tuberías, válvulas) es lo que convierte una máquina en una planta, y es donde se gana o se pierde la mayor confiabilidad.

Un compresor es una de las seis cosas que deben estar bien. Los otros cinco:

• El sistema de aceite : separador, enfriador, control de nivel, calentador. En un tornillo esto es la mitad de la instalación; en una máquina alternativa es el cárter, la bomba o sistema de salpicadura y el calentador.

• El condensador : ajusta la temperatura de condensación y, por tanto, la relación de presión y, por tanto, todo lo que tiene que hacer el compresor.

• El evaporador y su alimentación : establece la temperatura de evaporación y el sobrecalentamiento que ve el compresor.

• Los controles : control de capacidad, protección y la lógica que decide cuándo descargar.

• Las tuberías : tamaños de líneas, elevadores, trampas, aislamiento. Un compresor correcto con tuberías incorrectas es un reclamo de garantía que espera su primer verano.

Ninguno de esos cinco mejora eligiendo un mejor compresor. Todos ellos pueden destruir uno bueno. Es por eso que la respuesta honesta a "qué compresor debería comprar" suele ser otra pregunta sobre la planta.

Cómo fallan realmente estas máquinas

La lista de fallos en un artículo de aire acondicionado doméstico es diferente a la de una sala de máquinas, porque las máquinas y el funcionamiento son diferentes. Cuatro mecanismos explican la mayoría de las fallas industriales.

Golpe de líquido. El líquido llega a la succión y el compresor intenta comprimirlo. Los líquidos no se comprimen, por lo que la energía va a la mecánica: válvulas dobladas, bielas dañadas, cabezas rotas. Por lo general, comienza con una válvula de alimentación demasiado ancha, un descongelamiento que devuelve líquido o una línea de succión que permite que se acumulen aceite y líquido.

Hambre de petróleo. El aceite sale del compresor con el gas de descarga y tiene que regresar. Cuando no es así (tamaño de línea incorrecto, pendiente incorrecta, una trampa que lo recoge, un evaporador que lo retiene), los cojinetes se secan mucho antes de que algo parezca mal desde el exterior. La protección de la presión del aceite existe precisamente porque la falla es silenciosa hasta que es total.

Alta temperatura de descarga. Un condensador agotado, un sistema sobrecargado o un punto de trabajo más allá de los límites aumentan la temperatura de descarga. El aceite se carboniza en los platos de las válvulas, los platos se erosionan, la capacidad disminuye y la máquina se calienta aún más. Es una cascada lenta y comienza con un condensador que nadie limpió.

Agotamiento. En una máquina semihermética, el motor se encuentra en la corriente de refrigerante. Cuando falla un devanado, se produce un arco, el arco descompone el refrigerante y el aceite en ácido, y ese ácido recorre todo el circuito. Un compresor de repuesto colocado en ese circuito falla en unos meses a menos que se lave el conjunto de líneas y se instalen filtros secadores de succión. En una máquina de tracción abierta, este modo particular de falla no existe porque no hay motor en el gas, una distinción que vale la pena conocer antes de aceptar un diagnóstico.

Debajo de ese cabezal se encuentra la placa de la válvula, el elemento de desgaste que decide el intervalo de servicio de una máquina alternativa. El componente azul es un interruptor de presión de aceite, la protección que se interpone entre un problema de aceite lento y un cárter destruido.

Qué medir antes de reemplazar algo

Un compresor que ha fallado normalmente se lo ha estado diciendo a alguien durante meses. Estas son las lecturas que producen un diagnóstico más que una opinión:

1. Presiones de succión y descarga, convertidas a temperaturas saturadas para el refrigerante en uso.

2. Temperaturas de aspiración y descarga al mismo tiempo que las presiones.

3. Sobrecalentamiento en la salida del evaporador y subenfriamiento o aproximación en el condensador.

4. Sorteo actual contra la placa de identificación y contra el registro de puesta en servicio.

5. Nivel de aceite, color del aceite y si se ha disparado el interruptor de presión de aceite.

6. Horas de funcionamiento y el historial de códigos de viaje.

La comparación que importa no es con una tabla genérica, sino con el registro de puesta en servicio de esa máquina. Una planta que ha desviado dos Kelvin en el enfoque de condensación durante tres años es una planta con un condensador atascado y ningún cambio de compresor podrá solucionarlo.

Reparar o sustituir, sin la regla de los cinco mil

La regla general que circula en el servicio residencial (multiplicar la antigüedad por el costo de reparación y comparar con un número redondo) supone una unidad doméstica con una vida corta, un reemplazo estándar y un propietario que paga al por menor. Casi nada de eso se transfiere a una sala técnica.

La versión industrial de la decisión tiene cuatro preguntas, en este orden.

¿El punto de servicio sigue siendo el correcto? Si cambiaba la mezcla de productos, se ampliaba el almacén o se endurecía el régimen de congelación, se seleccionaba la máquina existente para una planta que ya no existe. Reemplazarlo igual por igual reproduce el problema.

¿El refrigerante todavía está disponible y en condiciones de servicio en el lugar donde se encuentra la planta? Una máquina con un refrigerante que se está reduciendo gradualmente es una decisión sobre la próxima década, no sobre la próxima reparación.

¿Qué se usa realmente? Las placas de válvulas, juntas, cojinetes y sellos de eje son elementos de desgaste y deben ser reemplazados. Una máquina con una placa de válvula desgastada no es una máquina fallida; Es una máquina que necesita un servicio.

¿Cuánto cuesta el tiempo de inactividad en comparación con la máquina? En un almacén frigorífico, una semana de capacidad perdida suele costar más que el compresor. Ese cálculo, no una regla general, es el que decide.

A veces, la respuesta no es ni reparación ni reemplazo: se trata de un marco más grande, una segunda máquina para el desmontaje o una arquitectura diferente para la etapa inferior.

Un breve mapa de selección

El patrón a observar es que la familia sigue la relación de presión y la relación de presión sigue el punto de trabajo. Todo lo demás (marca, precio, huella) es un factor de desempate entre las máquinas que ya pertenecen a la clase adecuada.

Conclusión

Un compresor de refrigeración mantiene una diferencia de presión para que un refrigerante pueda hervir a una temperatura inferior a la de su entorno. Todo lo que sigue (desplazamiento, relación de presión, temperatura de descarga, aceite, válvulas) es el precio de mantener esa diferencia de manera confiable durante años.

Las dos cosas que vale la pena quitar son poco glamorosas. Anote el punto de servicio, tanto las temperaturas como el refrigerante, antes de que alguien indique una capacidad. Y cuando una especificación diga "dos etapas", averigüe a qué dos etapas se refiere.

Si desea el siguiente nivel de detalle, la comparación de tornillo versus pistón cubre cómo elegir entre las dos arquitecturas que construimos, lo que hay dentro de un compresor semihermético recorre la máquina alternativa parte por parte, el artículo sobre tornillos de dos etapas explica qué hace realmente la segunda etapa y la verificación paso a paso es qué hacer cuando una máquina comienza a comportarse mal.

Las gamas en sí: cuatro cilindros alternativos , de dos etapas de tornillo , alternativo de dos etapas y la gama de CO2 para trabajos transcríticos.

Preguntas frecuentes

¿El compresor hace el frío?

No. El frío se produce donde se evapora el refrigerante, en la válvula de expansión y en el serpentín del evaporador. El compresor mantiene la baja presión que hace que la evaporación se produzca a la temperatura que necesita y eleva el vapor a una presión en la que el condensador puede eliminar el calor.

¿Por qué un compresor no puede bombear líquido?

Porque el líquido es efectivamente incompresible. Un pistón o un rotor no tiene dónde empujarlo, por lo que la fuerza va a las piezas mecánicas en lugar de a un aumento de presión. El resultado es un shock hidráulico: válvulas dobladas, varillas dañadas, cabezas rotas. El sobrecalentamiento de succión y el control de alimentación existen para mantener el líquido fuera de la máquina.

¿Qué significa dos etapas en un compresor de refrigeración?

Dos etapas de compresión: el gas se comprime, se enfría o se desrecalienta a una presión intermedia y luego se comprime nuevamente. Se utiliza a altas relaciones de presión, lo que significa bajas temperaturas de evaporación. En el caso del aire acondicionado, la misma frase a menudo significa dos niveles de capacidad, lo que supone una máquina completamente diferente.

¿Qué tipo de compresor es mejor para un congelador a menos cuarenta?

A esa temperatura de evaporación, la relación de presión descarta una sola etapa, por lo que la elección es entre un tornillo de dos etapas de un solo cuerpo y una máquina alternativa de dos etapas. El tornillo se adapta a capacidades mayores y servicio continuo; La máquina alternativa se adapta a capacidades más pequeñas y desmontajes frecuentes.

¿Cuánto dura un compresor industrial?

Lo suficientemente largo como para que "años" sea la unidad de medida equivocada: una máquina en servicio programado se mide en décadas de funcionamiento, con placas de válvulas, juntas y sellos reemplazados a lo largo del camino. Lo que lo acorta no es la edad sino el funcionamiento: un condensador que nunca se limpia, un punto de funcionamiento más allá del sobre o un circuito de aceite que nunca estuvo bien.

¿Puedo utilizar un compresor de aire acondicionado para refrigeración?

No para temperaturas inferiores a cero grados. La relación de presión, el refrigerante, el aceite y la refrigeración del motor están todos especificados para un servicio de refrigeración confortable. Al instalar uno en un congelador, se obtiene una máquina que funciona fuera de sus límites desde el primer día y la garantía no sobrevivirá al informe de puesta en servicio.