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Los compresores herméticos (situación mundial y en Venezuela) (página 2)




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En 1928 Refrigerantes de Clorofluorocarbon se sintetizaron por en laboratorio de investigación de General Motors por Thomas Midgley, Albert Henne y Robert McNary para Frigidaire. Se anuncia públicamente en 1930. En 1936 Albert Henne, coinventor de los refrigerantes de Clorofluorocarbono, sintetiza el refrigerante R134, posteriormente declarado en los 80, como el mejor sustituto de los gases Clorofluorocarbonados.

En 1953 Dos asociaciones, la Asociación de fabricantes de equipos de refrigeración y acondicionadores de aire (REMA) y asociación de Refrigerating Machinery (ACRMA), se une para hacerse el aire acondicionado y el instituto de refrigeración (ARI). En 1958

En diciembre, los miembros de ASRE y ASHAE votan fusionarse con la sociedad estadounidense de calentar, refrigerar, y acondicionar a ingenieros (ASHRAE). Y en 1959 se establece CECOMAF, (Comité Europeo de Fabricantes de Equipo de Refrigeración).

En 1987 aparece el Protocolo de Montreal[[8]]  con la idea de proteger la capa de ozono estratosférica y estipula que tanto refrigerantes como compuestos que reducen la capa de ozono deben eliminarse, iniciandose la retirada progresiva de los chlorofluorocarbonos (CFCs) y los hydrochlorofluorocarbonos (HCFCs). Entonces, el grupo de refrigerantes útiles fue reducido a hydrofluorocarbonos (HFCs) y a refrigerantes naturales.

En 1990, los paises miembros del Protocolo de Montreal, acuerdan en Londres enmiendas que eliminan el uso de CFC y la producción antes del año 2000. En 1993-94 los acondicionadores de aire de automóvil pasan a usar refrigerante de R-134a. En 1995 se acuerda que los HCFCs deben desaparecer progresivamente antes del 2030. 1997 Se acuerda en el protocolo de Kioto[[9]]: "Conseguir la estabilización de las concentraciones atmosféricas de gases controlando la interferencia antropogénica (ser humano), en niveles tales que no sean peligrosos con el sistema de clima....". Y promocionar y apoyar políticas y medidas al desarrollo sostenible. El potencial (GWP) de calentamiento del planeta por los gases HFC es igualmente establecido, por lo que la producción y uso de estos gases tiene que ser ordenado, variables particularmente importante y obligantes a la necesidad de desarrollar y optimizar la eficiencia de los compresores. En el 2001, el programa de evaluación global ambiental, apunta a los refrigerantes, (Red Green), inaugurandose un programa de prueba global, para valorar el rendimiento de los hidrocarburos y refrigerantes de hidrofluorocarbono en equipos de refrigeración HVAC.

Diferentes tipos de compresores

La refrigeración producida por medios mecánicos[[10]] según la aplicación, se clasifica como: refrigeración doméstica, refrigeración comercial, refrigeración industrial, refrigeración marina y de transporte, acondicionamiento de aire de " confort", aire acondicionado automotriz, acondicionamiento de aire industrial. criogenia.

En general el compresor tiene dos funciones en el ciclo de refrigeración: en primer lugar succiona el vapor refrigerante y reduce la presión en el evaporador a un punto en el que puede ser mantenida la temperatura de evaporación deseada. En segundo lugar, el compresor eleva la presión del vapor refrigerante a un nivel lo suficientemente alto, de modo que la temperatura de saturación sea superior a la temperatura del medio enfriante disponible para la condensación del vapor refrigerante. La mayoría de los sistemas de enfriamiento en uso hoy dependen de compresores de desplazamiento positivo los cuales conducen el gas refrigerante mecánicamente del evaporador, a baja presión, al condensador en alta presión, reduciendo el volumen en la cámara de compresión. de tipo de pistón. Por ejemplo en acondicionamiento de aire de " confort" (HVAC), se utilizan tres tipos básicos de compresores[[11]]: reciprocantes, rotativos y centrífugos. Los compresores centrífugos son utilizados ampliamente en grandes sistemas centrales de acondicionamiento de aire y los compresores rotatorios se utilizan en el campo de los refrigeradores domésticos. Sin embargo, la mayoría de compresores utilizados en tamaños de menor caballaje para las aplicaciones comerciales, domésticas e industriales son reciprocantes[[12]]. Particularizando en los compresores herméticos, ellos son usados típicamente en refrigeradores domésticos y congeladores acondicionadores de aire residenciales el aire acondicionado comercial pequeño para capacidad baja y refrigeradores comerciales como: los servicios gastronómicos, las máquinas de hacer hielo, el dosificador de bebida o las unidades condensando.

Moto compresor hermético.

Este fue desarrollado en un esfuerzo para lograr una disminución de tamaño y costo y es ampliamente utilizado en equipo unitario de escasa potencia. El motor eléctrico se encuentra montado directamente en el cigüeñal del compresor, pero el cuerpo es una carcaza metálica sellada con soldadura. En este tipo de compresores es difícil que puedan llevarse acabo reparaciones interiores puesto que la única manera de abrirlos es cortar la carcaza del compresor.

Velocidad del compresor.

Los primeros modelos de compresores de diseñaron para funcionar a una velocidad relativamente reducida, bastante inferiores a 1000 rpm. Para utilizar los motores eléctricos estándar de cuatro polos se introdujo el funcionamiento de los motocompresores herméticos y semiherméticos a 1750 rpm (1450 rpm en 50 ciclos). La creciente demanda de equipo de acondicionamiento de aire mas compacto y menor peso ha forzado el desarrollo de motocompresores herméticos con motores de dos polos que funcionan a 3500 rpm (2900 rpm en 50 ciclos).

El compresor hermético, objeto de estudio en esta tesis

El gas seco de poca presión del evaporador ingresa el espacio situado entre la concha y la unidad del motocompresor, carcaza y motor eléctrico. Después de eso, se va al otro lado de los conductos de succión al cilindro, donde el pistón comprime el gas que levanta su presión. Definitivamente, el gas de alta presión es dado de baja del cilindro para desembarcar pleno y pasa por los conductos de empuje al condensador. El gas en el lado de baja presión pasa por los conductos de succión y va a través de elementos diferentes como tubos, silenciadores, colectores, válvulas, cámara de compresión.

El ciclo de compresión de vapor, es el ciclo comercial refrigerante más importante para unidades de refrigeración de pequeña capacidad. En el ciclo de compresión se toma en cuenta: i) transferencia de calor con las diferencias de temperatura finitas y presión a través de los intercambiadores de calor diferentes, ii) líquido subenfriado y vapor sobrecalentado dentro de condensador y evaporador respectivamente, iii) el calor cambió sistema y iv) a través de la expansión el comportamiento real del compresor no isentropico y no adiabatico.

Aplicación, selección y evaluación técnica

Actualmente como plantea Arencibia[[13]], la práctica internacional establece tres tipos de normativas, las establecidas por las normas estatales, las recomendadas por el fabricante y las determinadas en la explotación.

Las estatales se refieren fundamentalmente a los mecanismos y sistemas de los que depende la seguridad del equipo (ruidos, vibraciones y contaminación al medio ambiente). Las del segundo grupo están vinculadas principalmente, con las tolerancias que se establecen para ciertos parámetros estructurales en la etapa de fabricación y control de la calidad teniendo en cuenta los indicadores óptimos de fiabilidad, durabilidad y economía del mismo. Ambas se establecen al diseñar los mecanismos o elementos y se corrigen mediante ensayos de laboratorio.

Por último, los parámetros normativos del tercer grupo se refieren básicamente a aquellos elementos cuyo estado no influye en la seguridad del equipo, pero contribuye a elevar los costos de explotación del mismo, debido al aumento del consumo energético, la frecuencia de roturas por averías. Sin embargo, su característica fundamental consiste en que resulta imposible establecerlos de forma general para cualesquiera condiciones de explotación, debido a influencias externas que tienen lugar durante el funcionamiento del equipo. Por ejemplo, la temperatura ambiente, la tensión eléctrica y la ubicación de los equipos.

La revisión bibliográfica realizada revela la importancia de dichos factores, ya que de ellos depende en gran medida el óptimo funcionamiento de este tipo de equipo. Alarcón[[14]], expresa que " es de gran importancia el emplazamiento del compresor con objeto de facilitar una abundante circulación del aire. El compresor hermético debe estar ventilado a fin de lograr que el aire frio reemplace al caliente que despide el condensador. En caso contrario aumentaría la temperatura del local, con el resultado de altas presiones y reducción de la capacidad frigorífica del compresor".

Coinciden los autores también en cuanto a la ubicación de los equipos, y que los rendimientos normales de los compresores herméticos se basan en una temperatura ambiente máxima del aire de 32 °C. No se recomienda que la abertura de la entrada del aire tenga una superficie inferior al 80 % de la superficie frontal del condensador y no deben situarse a menos de 20 cm entre el mueble y una pared. Debe también lograrse que el mueble esté levantado de forma tal que el aire caliente circule por debajo. Según ellos la temperatura del aire en la zona de condensación y la recirculación del aire caliente es la causa del 50 % por lo menos, de motores quemados en los compresores herméticos.

Por otra parte Heidrich[[15]] y otros, afirman la existencia de una relación entre la temperatura de condensación y el aire que atraviesa el condensador, y ello conduce a que la capacidad frigorífica en condiciones de trabajo se distinga de la estándar, que es la que aparece en los catálogos.

Amador, Kuznetsov, Eudokimov y Gray-Wallace, citados por Arencibia[[16]], exponen que las causas fundamentales de sobrecarga en los motores eléctricos entre otras son:

Carga mecánica anormal aplicada al eje del motor. Un efecto similar puede producirse cuando el voltaje en sus terminales se reduce a consecuencia de una falla en el sistema de alimentación, con carga mecánica aplicada a su eje.

Ciclos de trabajos intermitentes repetidos con excesiva rapidez, tales como arranques y paradas frecuentes. Estos ocasionan que el valor efectivo de la corriente sobrepase el máximo permisible para el motor.

Carga mecánica de excesiva magnitud aplicada al eje en el arranque, la cual impide que el motor gane velocidad, tomando de la línea una elevada corriente durante un intervalo de tiempo considerable.

Temperatura ambiente elevada, lo cual ocasiona al motor eléctrico el mismo efecto que el que le produciría una sobrecarga mantenida. Dicho efecto se hace más crítico en los motores de carcasa cerrada, los cuales poseen peores condiciones de ventilación.

Generalmente, la influencia de las condiciones de ventilación las impone el adecuado diseño del mueble, las condiciones habitacionales y la correcta ubicación del equipo en el hogar. Las propuestas del fabricante deben respetarse siempre.

Por ello, es importante tener en cuenta las características propias de los locales en que habitualmente se colocan los compresores, lugares donde circula poco aire, y se encuentran además otros equipos que generan calor como la cocina. Por tanto, de las condiciones de ventilación apropiadas depende el correcto funcionamiento del compresor y por ende, del sistema de refrigeración.

Con respecto a la situación en Venezuela, referidos al grupo I de normativas (las estatales), el Gobierno de Venezuela para el 2.010 debe haber cumplido con la regulación de Finalizado de Producción de los CFC, aceptado en la 44º reunión del Comité Ejecutivo (ExCom) del Fondo Multilateral para la aplicación del Protocolo de Montreal. En nuestro País se ha hecho énfasis en la protección del medio ambiente, evidenciado en la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela de 1999.

Convenios internacionales sobre la capa de ozono y cambio climático ratificados por Venezuela.

Ley Penal del Ambiente, Gaceta Oficial Nº 4.358 Extraordinario, del 3 de enero de 1992.

Decreto Nº 989, del Arancel de Aduanas, Gaceta Oficial Nº 5.039 Extraordinario, del 6 de febrero de 1996.

Ley Orgánica de Aduanas, Gaceta Oficial Nº 5.353 Extraordinario, del 17 de junio de 1999.

Ley sobre "Sustancias, Materiales y Desechos Peligrosos", Gaceta Oficial Nº 5.554 Extraordinario, del 13 de noviembre de 2001.

Constitución de la República Bolivariana de Venezuela, Artículo 127: "Es una obligación fundamental del Estado, con la activa participación de la sociedad, garantizar que la población se desenvuelva en un ambiente libre de contaminación, en donde el aire, el agua, los suelos, las costas, el clima, la capa de ozono, las especies vivas, sean especialmente protegidos de conformidad con la ley."

Ley Penal del Ambiente, Artículo 47: "El que viole con motivo de sus actividades económicas, las normas nacionales o los convenios, tratados o protocolos internacionales, suscritos por la República, para la protección de la capa de ozono del planeta, será sancionado con prisión de uno (1) a dos (2) años y multa de mil (1.000) a dos mil (2.000) días de salario mínimo."

Existe en nuestro país un organismo, FONDOIN (Ministerio de Producción y Comercio), financiado por el Protocolo de Montreal con el objeto de identificar y eliminar los usos industriales de las SAO. Los costos de esta sustitución corren por cuenta del Protocolo de Montreal que hace los aportes financieros a través de instituciones como el Banco Mundial y UNIDO.

Además en el catálogo de Fondonorma, se encuentra la norma COVENIN 3193-991-1988, referida al método de ensayo de consumo de energía y medidas de capacidad en refrigeradores, refrigeradores - congeladores y congeladores. Las mismas son equivalentes a

Por otra parte, enmarcado en sus actividades propias, la Fundación Fondo Venezolano de Reconversión Industrial y Tecnológica (FONDOIN), ha propuesto la creación y fortalecimiento de una institución  científico técnica que mejore las condiciones estructurales de capacitación y servicio técnico contribuyendo a la calidad del servicio y competitividad de la Industria de la Refrigeración y Aire Acondicionado en el mercado Nacional, en el marco de la instrumentación de la Alternativa Bolivariana de las Américas, a partir de la Modificación y ampliación del Convenio Integral de Cooperación Cuba-Venezuela, teniendo como contraparte al Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente y el Instituto de Refrigeración y Climatización.

Evaluación de literatura.

El comportamiento térmico y fluido dinámico de compresores herméticos está caracterizado por la complicada transferencia de calor y los fenómenos de flujo, la circulación tridimensional, turbulenta y compresible, rápidos transitorios y procesos pulsatorios, complejas geometrias y superficies en movimiento. El desafío de nuevos refrigerantes y la necesidad de altas eficiencias son fuertes incentivos para desarrollar metodologías de pronóstico generales eficaces y precisos.

De los diferentes modelos de simulación de compresores presentes en la literatura técnica, se considerarán tres grupos.

Un primer grupo de modelos evalúa el comportamiento de compresores herméticos en condiciones periódicas, condiciones de estado regulares cíclicas o cuasi, mediante balances de masa y energía incluyendo modelos dinámicos de válvula, resorte - masa. Soedel[[17]] tiene en cuenta los efectos de pulsación de presión. Prakash[[18]] añade el análisis de la segunda ley y las pérdidas de irreversibilidades, mientras que Singh[[19]] compara los desplazamientos de válvula, las pulsaciones de presión y el diagrama  pV experimentalmente.

Un segundo grupo de modelos presenta estrategias de simulación más avanzadas, basandose en las leyes de conservación, continuidad, momentum y energía. Macularen[[20]] plantea un modelo de flujo compresible unidimensional inestable, mediante un sistema de ecuaciones diferenciales parciales hiperbólicas, solucionandolo por el método de las características. Morel[[21]] desarrolla un modelo de cuasi-estado de circulación compresible discretizado, para resolverlo aplicando el enfoque de volumenes finitos. El comportamiento en el tiempo está basado en la técnica explícita y una malla escalonada se usa en la valoración de la ecuación de impulso. La transferencia de calor y las pérdidas por fricción son tomados en cuenta obtienendose sus términos. Pérez - Segarra[[22]] y Escanes[[23]] desarrollan una simulación numérica detallada de las ecuaciones gobernantes unidimensionales y transitorias de la circulación en sus repectivos dominios, a su paso por el compresor, mediante una formulación implícita de volumen de control. simulación numérica y validación experimental de compresores herméticos reciprocantes[[24]], [[25]]. Influencia de los parámetros de diseño en el comportamiento térmico de pequeños refrigeradores, utilizando modelo de elementos finitos para transferencia de calor, así como análisis de sensibilidad para las variables de diseño parametrizadas[[26]].

Tanto el primero como el segundo grupo de modelos necesitan parámetros y relaciones de frontera, como los coeficientes de presión, para las tuberias de circulación y singularidades como (válvulas, orificios, las expansiones repentinas y las contracciones) o la transferencia de calor por convección.

El tercer grupo de modelos, constituyen el nivel más alto de la simulación, basandose en de la solución numérica de las ecuaciones gobernantes de la circulación en forma multidimensional y transitoria. La simulación admite la determinación detallada de la velocidad de las juntas locales, la presión, la densidad y las distribuciones de temperatura en su dominio, sin necesidad de información empírica (excepto las constantes empíricas y las funciones adecuadas cuando los modelos de turbulencia se emplean). Aunque el tiempo computacional requerido es prohibitivamente grande para los propósitos de diseño y los modelos de turbulencia introducen incertidumbres, estas metodologías pueden dar información muy valiosa. Por ejemplo, los estudios numéricos diferentes del comportamiento de circulación multidimensional en la cámara de compresión han sido llevados para obtener los coeficientes de transferencia de calor locales (Recktenwald[[27]], Polman[[28]] y Kornhauser[[29]]).

Otros estudios numéricos se han centrado en valorar la circulación pluridimensional a través de válvulas (Cyklis[[30]] y Perez Segarra[[31]]). A pesar que el recurso computacional requerido es prohibitivamente grande para los propósitos de diseño y los modelos de turbulencia presentan incertidumbres, estas metodologías pueden dar información muy valiosa.

Existe amplia literatura de investigaciones de componentes diferentes al compresor, así como lo modelación de los sistemas en conjunto, enfocando su atención en sistemas típicos de compresión de vapor, de simulación de sus componentes, el ciclo de refrigeración en conjunto y su comparación experimental. Igualmente modelos de simulación numéricos del comportamiento fluido dinámico y térmico concentrandose especialmente en la integración numérica. Entre otros, los modelos desarrollados por Chi y Didion[[32]], Murphy y Goldsmith[[33]], [[34]]. Jung y Radermacher[[35]] y Yuan y O'Neal[[36]] solucionan el condensador y el evaporador usando métodos de diferencia finitos y considerando una formulación unidimensional de las ecuaciones gobernantes, consideran el compresor como un proceso politropico. dispositivos de expansión tubos de conección). análisis de respuesta transitoria en bombas de calor y relación con las edificaciones[[37]],[[38]],[[39]], igualmente para aire acondicionados[[40]], desarrollos y validación de la respuesta en régimen transitorio de modelos de aire acondicionado con control ON/OFF[[41]], modelos de simulación de control en sistemas de refrigeración por compresión[[42]], simulación dinámica y optimización de aires acondicionado para vehículos con HFC134a[[43]], estudios de diseño de Chillers[[44]], modelación dinámica [[45]]. Acondicionamiento ambiental equipos a compresión de vapor, incluyendo la disolución del refrigerante en el aceite del compresor[[46]]. Simulación aires acondicionados[[47]].

Otros factores que contribuyeron al avance del tipo de refrigeración adecuado fueron la disponibilidad de potencia eléctrica económica y el desarrollo del pequeño motor eléctrico[[48]]. El advenimiento de nuevos materiales, la mejora de la lubricación, el fraccionamiento de potencia de los motores eléctricos han permitido, también, pasar de las fábricas de hielo a los refrigeradores y congeladores domésticos.

Las primeras pruebas de funcionamiento de compresores, fueron aplicadas directamente por los técnicos de refrigeración y respondían a las deficiencias más frecuentes que se observan en el funcionamiento de compresores. Pero el perfeccionamiento de los métodos de diseño y con ello la aparición de nuevos fallos hizo necesaria la aparición de novedosas y más rigurosas pruebas de funcionamiento.

Posteriormente, se hizo necesaria la introducción de normas que establecieran requisitos y condiciones generales para los ensayos que han sido estandarizadas a escala internacional (ASHRAE, CECOMAF). La causa principal estuvo relacionada con el aumento de la producción, debido a que cada vez fue mayor el número de firmas fabricantes de compresores en varios países. El uso masivo de los compresores herméticos en la producción moderna de refrigeradores ha exigido la solución rápida y concreta de la cuestión sobre las pruebas de fiabilidad y ha obligado a la estandarización de las mismas.

Sin embargo, las condiciones de funcionamiento hacen necesarias una serie de correcciones asociadas al modo de operación, naturaleza del fluido, condiciones climáticas y energéticas de funcionamiento.

Según Jiong[[49]] y Kuijpers[[50]], las nuevas tendencias y la legislación actual en el ámbito de la pequeña refrigeración han inyectado nueva tecnología en el compresor de refrigeración hermético, erróneamente considerado como un producto de diseño óptimo.

Por su parte Cu[[51]], Sastre[[52]] y la mayoría de las opiniones, consideran que, la dirección hacia compresores de mayor eficiencia continuará, impulsada por nuevas y rigurosas normas y que ello podrá eventualmente llevar a cabo la introducción de nuevas tecnologías para los sistemas de refrigeración.

Aplicación, selección y evaluación técnica de los compresores herméticos

Elementos importantes que debe considerarse, respecto a la eficiencia de los compresores herméticos, son las divergencias existentes entre las condiciones en que son explotados y los valores de desempeño que ofrece el fabricante. Las divergencias se atribuyen  a métodos y procedimientos de selección y evaluación ineficaces ya que se han limitado a evaluar las condiciones de diseño y no contemplan condiciones de explotación reales e inevitables.

Entonces, si se conjuga la necesidad obligatoria de evolución para no degradar el ambiente, la estandarización de los compresores, las condiciones propias de explotación, se evidencia que todavía no se ha resuelto el problema de la selección y evaluación de los compresores herméticos en Venezuela., para la obtención de la fiabilidad necesaria y urge encontrar una solución inmediata.

Según las normas IEC 335-2-34: 2000 y la ISO 917: 2000, los compresores herméticos se diseñan para ser empleados en ciclos de refrigeración por compresión de vapor. Se clasifican de acuerdo con la presión correspondiente a la gama de temperaturas de evaporación en la cual el compresor funciona.

Dentro de la categoría de aplicación de baja presión de aspiración (LBP) y bajo torque de arranque (LST), quedan los compresores utilizados en los congeladores y refrigeradores domésticos. A modo de ejemplo se utiliza en los apartados posteriores de la investigación, los compresores herméticos aplicados a refrigeradores domésticos.

Las demandas del mercado determinan los regímenes de trabajo estándares de los compresores herméticos, de ahí que los fabricantes tengan esta premisa muy en cuenta, a la hora de elaborar los diseños mecánicos y eléctricos, ya que hacerlos para todo tipo de requerimientos y condiciones de funcionamiento no resulta económico.

La intensidad de los regímenes de funcionamiento y la complejidad de las condiciones en las que se utilizan los sistemas técnicos modernos se caracteriza por el trabajo en una amplia gama de temperaturas ambientes variables y alta humedad.

Al mismo tiempo, los diseñadores y tecnólogos de la industria, al crear una máquina procuran que las piezas tengan mayor resistencia al desgaste, bajo costo, sean  ligeras y que el equipo consuma menor energía. Pero estas aspiraciones entran en contradicción evidente y por ello es necesario una solución de compromiso.

Las prestaciones de un compresor están muy ligadas a las condiciones de funcionamiento en las que se le haga trabajar. Entonces, es necesaria la normalización de las condiciones de ensayos de los compresores debido a la necesidad de comparar compresores análogos de distintos fabricantes y  obtener datos de potencia, determinar el calentamiento de los devanados del motor, medir el nivel sonoro y medir las vibraciones y las sacudidas.

Condiciones de ensayo de evaluación de compresores

En el año 1953, la ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) estableció las condiciones de ensayo para la evaluación de compresores que se han mantenido hasta nuestros días y es utilizada por la mayoría de los fabricantes de compresores, aunque posteriormente los países europeos en 1954, decidieron establecer las suyas, conocida como CECOMAF (Air- Conditioning and Refrigeration Equipment Manufactures).

La diferencia entre ambas condiciones de ensayo es que en el caso CECOMAF no hay subenfriamiento de líquido. En la figura 1 se muestra el ciclo de refrigeración con ambas condiciones.

Estas normativas pretenden fijar los diferentes estados del ciclo frigorífico a la hora de realizar el ensayo que determina la capacidad frigorífica que es capaz de dar el compresor.

Fig. 1 Efecto del subenfriamiento sobre el efecto de refrigeración.

Ambas condiciones, tanto ASHRAE como CECOMAF, están definidas para un único punto que corresponde en el caso de compresores LBP a 54,4 °C de temperatura de condensación para una temperatura ambiente máxima de 32 °C y el voltaje/ciclaje 115 V/ 60 Hz para lograr una evaluación eficaz de los equipos. Sin embargo en Venezuela, muchos compresores funcionan fuera de estos valores.

Existen en el ámbito internacional diversas investigaciones en busca de una mayor eficiencia y vida útil de los equipos. Pero en su mayoría están relacionadas con la mejora en los materiales tanto de la parte eléctrica como mecánica del compresor, así como la realización de nuevos diseños.

Se entiende que la potencia eléctrica consumida está directamente relacionada con la variación de la temperatura del aire según la zona geográfica, la temperatura en el local donde se colocan los equipos y la fluctuación de la tensión eléctrica ya que todas provocan una variación apreciable de la temperatura de condensación. Con semejantes particularidades lo más lógico es que la mayoría de las máquinas funcionen fuera del régimen para el que fueron diseñadas. Por tanto, no podrán ofrecer su mejor comportamiento en aquellos regímenes de trabajo donde la temperatura de condensación, la temperatura de succión y las fluctuaciones de la tensión eléctrica empeoran las condiciones de explotación.

Los resultados y las condiciones de ensayo en las que se realizaron dichas investigaciones no abarcan las características de funcionamiento de los compresores herméticos. No se tiene información de investigaciones precedentes en el país en que se analize el comportamiento del compresor hermético bajo nuestras condiciones reales de funcionamiento. En la literatura internacional se reseña la investigación efectuado por el Dr. Arencibia[[53]], quien diseña y aplica un sistema de pruebas estandarizado que permite la evaluación y selección de los compresores herméticos sobre la base de las características particulares y requerimientos técnicos de un país.

Caracterización de los compresores importados por el país

Hasta el presente no se han efectuado investigaciones en el país que evidencien las diferencias entre los distintos tipos de compresores herméticos en cuanto a potencia eléctrica consumida, eficiencia, temperatura de la carcasa, descarga y bobinado. Sin embargo, dichos elementos son de gran importancia para la selección de un determinado tipo de equipo. Hasta el momento actual, en Vzla., no se ha realizado una caracterización exhaustiva de los compresores herméticos existentes y de los equipos donde deben ser aplicados. Esto puede traer consigo una mala selección cuando es necesario realizar el recambio, debido a que se desconocen las características más importantes y sus bondades para operar eficientemente en condiciones particulares de funcionamiento. No obstante, existen criterios coincidentes de especialistas y técnicos de refrigeración, de los cuales se deriva que los problemas pueden estar relacionados con las condiciones bajo las cuales son explotados, especificándose las condiciones ambientales y energéticas a las que se encuentran expuestos.

En definitiva lo que queda claro y se desea expresar es que la selección de un compresor tiene que basarse en fundamentos científicos que aporten mayor conocimiento de causa. Además, es necesario poner cierto orden en cuanto a la diversidad de criterios a la hora de importar equipos y en cuanto a la variedad de los mismos. Arencibia Karel demostró que estos compresores no tienen la capacidad y eficiencia para las condiciones de explotación locales de Cuba, situación en principio consideramos equivalente a la de Venezuela.

De este modo, para analizar e investigar las diferencias existentes entre compresores análogos de diferentes fabricantes en cuanto a la mayoría de los elementos antes mencionados, es necesario dar una apreciación de su fiabilidad, como característica generalizada de sus propiedades de servicio, cuando se menciona el término fiabilidad se refiere a los aspectos relacionados con la preparación y análisis de programas de ensayo den calorímetro o mediante modellos matemáticos validados,irigidos a la comprobación de ese parámetro en particular en los compresores herméticos.

Sin embargo, estos ensayos se realizan bajo condiciones estándares de funcionamiento y el compresor se diseña dentro de los límites que estas condiciones representan y no otras. Por ello, la fiabilidad del compresor puede verse comprometida ya que los materiales empleados para fabricar el motor eléctrico no poseen las características técnicas para funcionar de forma óptima en las condiciones de clima tropical.

Por su parte, los equipos y máquinas, aunque a simple vista no muestren diferencias significativas en su operación, en muchas ocasiones poseen diferente aptitud a causa de la precisión de los mecanismos, su estado técnico y otros aspectos. De la misma manera ocurre con los métodos de trabajo que varían en dependencia del desarrollo tecnológico alcanzado por los diferentes fabricantes.

A los aspectos antes mencionados conviene adicionar que en los últimos años los compresores herméticos presentan cambios tecnológicos debido a la utilización de nuevos refrigerantes y aceites lubricantes.

Como resultado el comportamiento de los compresores puede presentar una serie de características y parámetros desconocidos, en particular, las temperaturas de  descarga, carcasa y bobinado.

Aun cuando existan pequeñas diferencias entre las materias primas y materiales, máquinas y métodos de trabajo, estas diferencias tienen carácter aditivo y pueden dar lugar a un elevado valor de dispersión de los índices de calidad de los compresores herméticos.

En este sentido, es demostrable la contribución que aportaría a la solución de los problemas la selección y evaluación correcta de los compresores herméticos a partir de pruebas de control, tema insuficientemente explorado en el país. Sin embargo, el mismo, tiene amplias potencialidades si se posee la capacidad física de efectuar las pruebas necesarias para evaluar la fiabilidad y condiciones de ensayos previamente establecidas que den respuesta a las condiciones reales de funcionamiento, razón que da más peso a la elaboración del modelo matemático para la evaluación de compresores herméticos, según las condiciones de explotación, que representaría una herramienta CAE.

A través de VENACOR, Camara Venezolana de la Ventilación, Aire Acondicionado y Refrigeración, (http://venacor.org/afil_aire.asp), se visualizo una gran variedad de importadores, de compresores herméticos y neveras (Anexo 2), sin embargo no se encuentra la suficiente información para caracterizar adecuadamente por ahora los compresores herméticos de uso en el pais.

El protocolo de Montreal y sus posteriores revisiones impusieron un calendario para la progresiva eliminación de los refrigerantes que contienen cloro. En el caso particular de la sustitución del R12 en aplicaciones LBP se utiliza  el R134a (HFC) y el R600a (HC). En esto reside una de las causas fundamentales de cambios en los compresores.

El refrigerante R134a precisa de adaptar convenientemente los componentes del sistema de refrigeración, además, según  es necesario compresores apropiados y carga especial de aceite. En general, el R134a debe considerarse como un refrigerante adecuado, principalmente, para ser utilizado en sistemas nuevos y, naturalmente, deberá ser utilizado para el servicio de sistemas que lo emplean.

Herramientas de modelación

Se encontraron resultados de estudios como: Predicción de comportamiento dinámico con refrigerantes HFC-407a, HFC-507 y NARM-502 (mezcla de R22, R23 y R152a), alternativos al HCFC 22[[54]],. Simulación de mezclas no azeotrópicas[[55]], Simulaciones de desempeño de evaporadores de refrigeradores domésticos, usando refrigerantes alternativos[[56]]. Simulación respuesta transitoria de freezer[[57]]. Evaluaciones experimentales de refrigeradores domésticos, usando LPG (liquefied petroleum gas) (LPG) of 60% propane and 40% commercial butane, como sustituto del R134a en un evaporador doméstico[[58]]. Igualmente se tiene el SICRE, " Sistema para la evaluación térmica de compresores reciprocantes de pequeñas y medianas capacidades" [[59]].

Corberán[[60]] presenta un código para asistir al diseño de de A/C y R. El SIMULINK de MATLAB ha sido usado en previos trabajos[[61]]. CoolPack, de sus creadores Ramussen y Jakobsen[[62]] es una colección de programas usados para análisis de energía y optimización de sistemas de refrigeración, desarrollado en el Departamento de Energía e Ingeniería de la University of Denmark, la Agencia Danesa de Energía. Desde 1996, es accesible una base de datos electrónica REFPROP, para efectos de estimación de propiedades termodinámicas de refrigerantes y mezclas[[63]].

Análisis Termodinámico Compresor.

Tres ecuaciones caracterizan el comportamiento de un compresor de refrigeración: una ecuación para el flujo másico trasegado, otra para la potencia consumida y otra para la entalpía de salida.

El flujo másico trasegado por un compresor de refrigeración puede ser calculado de la siguiente manera:

La potencia absorbida por el compresor puede ser calculada de la siguiente forma:

Donde  es la potencia consumida por el compresor, his es la entalpía isentrópica a la salida del compresor, hi es la entalpía a la entrada del compresor y  es la eficiencia del compresor.

Finalmente, el cálculo de las condiciones termodinámicas del refrigerante a la salida del compresor se realiza introduciendo el calor transferido al ambiente.

 es la entalpía de salida del compresor y  es el porcentaje de perdidas de calor al ambiente sobre la potencia consumida.

Los parámetros empíricos usados por las ecuaciones de comportamiento (rendimiento volumétrico, eficiencia y pérdidas de calor al ambiente) pueden ser fácilmente introducidos. "ART" acepta cuatro formas diferentes para definirlos: como valores constantes, como polinomios ó tablas dependientes de la relación de presiones en el compresor, como correlaciones por defecto en función del tipo de compresor empleado (el programa tiene predefinidas curvas características para cada tipo de compresor), ó introduciendo los polinomios ARI[[64]] [4] correspondientes al flujo másico y la potencia absorbida. Toda esta información puede ser guardada en una base de datos de compresores de tal manera que el usuario pueda acceder a ella en cualquier momento o modificarla.

A partir de los elementos que intervienen en el proceso termodinámico de compresión se analiza el comportamiento de cuatro parámetros fundamentales que son: flujo másico, capacidad frigorífica, potencia eléctrica y eficiencia (COP), al aumentar la temperatura ambiente por encima de los valores de referencia de las condiciones estándares de evaluación ASHRAE y CECOMAF.


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