Los compresores herméticos (situación mundial y en Venezuela) (página 3)

Flujo Másico.

El flujo másico (m) queda notablemente afectado al aumentar la temperatura ambiente por dos razones. La primera es, el desplazamiento del punto de succión en la zona de vapor sobrecalentado, y la otra, el incremento en la presión de descarga.

En cuanto al desplazamiento del punto de succión, la elevación de la temperatura ambiente (obsérvese en la gráfica los valores de 32, 35 y 38 ºC) tiene asociado un aumento en la temperatura a la cual serán succionados los vapores que antes de ingresar a la cámara de succión habrán de transitar por las diferentes partes del compresor hermético. Parte del calor generado se extrae por un mecanismo convectivo de transferencia de calor, que tiende acumularse en el interior de la carcasa, superior al de las condiciones ASHRAE y CECOMAF de referencia.  Véase diagrama P-h. Figura a.

El desplazamiento a la zona de vapor sobrecalentado a una temperatura superior de 35 y 38 ºC provoca el aumento del volumen específico del refrigerante () y la disminución del flujo másico (). Esto trae consigo el decremento de la capacidad de refrigeración ().

 flujo másico de refrigerante en

volumen total de refrigerante en

 volumen específico de refrigerante en  

Fig. a Desplazamiento del punto de succión.

Con el incremento de la temperatura ambiente aumenta la presión de condensación pues la temperatura de saturación y por ende la presión del refrigerante queda definida por la temperatura ambiente. Ello hace que la relación P2/P1 aumente y disminuya el coeficiente de llenado o rendimiento volumétrico (l), de acuerdo con la expresión:

,

donde

 coeficiente del espacio muerto expresado en fracción del volumen de desplazamiento.

 y: presión inicial y final de expansión respectivamente.

: coeficiente politrópico de expansión.

l: coeficiente de llenado o rendimiento volumétrico del compresor en función de .

Cuando  aumenta, l disminuye. Para temperaturas ambientes mayores de 32 °C el incremento de  ocasiona una disminución de l.

.

: volumen real manejado.

: volumen de desplazamiento.

Como el volumen de desplazamiento () depende de las relaciones geométricas del compresor (siendo el mismo para este caso), la disminución del coeficiente de llenado queda sujeta a la del volumen real manejado por el compresor. Este efecto influye aún más en el valor del flujo másico manejado por el compresor según la ecuación (1.1).

Capacidad frigorífica.

La capacidad frigorífica de un compresor, (Qo) se define como el calor transferido desde el espacio refrigerado al refrigerante, a su paso por el evaporador. Para el volumen de control que incluye el evaporador, los balances de masa y energía dan el calor transferido por unidad de masa de refrigerante donde  es el flujo másico de refrigerante. Esto es:

Según Dirlea y Perevozchilov, este parámetro se afecta como consecuencia de la disminución del flujo másico que es capaz de trasegar el compresor y provoca el decremento de la capacidad frigorífica.

El hecho de existir un sobrecalentamiento adicional debido al incremento de la temperatura de succión, no tiene ninguna influencia en la diferencia entálpica de la evaporación por cuanto concluye normalmente en la línea de vapor saturado.

Potencia eléctrica.

Se define como la potencia eléctrica consumida por el compresor durante la compresión en el ciclo de refrigeración.

Del análisis termodinámico de la ecuación resulta que: Para temperaturas ambientes superiores a 32°C (35 y 38°C) como ya se expresó, hay una disminución del flujo másico de refrigerante, pero a su vez el incremento de la temperatura ambiente genera un incremento de la temperatura de descarga del compresor por lo que la variación de entalpía en la compresión tiende aumentar, compensando el decremento del flujo lo que hace que la potencia eléctrica tienda a mantenerse constante, esto es considerando que se mantengan constante los rendimientos internos, mecánicos y eléctricos del compresor.

Coeficiente de perfomancia (Eficiencia).

El COP en los compresores herméticos para fluidos refrigerantes según varios autores, resulta ser la manera más objetiva de evaluar los sistemas de refrigeración que comprende la relación entre la capacidad frigorífica  y la potencia eléctrica Pe (W).

En función de los valores de potencia que se empleen (teórico, efectivo) se pueden obtener los valores del COP correspondientes. Los valores del COP existentes, relacionados directamente con los regímenes de diseño y trabajo son:

(kW) = f1.

Pe(kW) = f2.

COP = f3.

Entre las variaciones del régimen de trabajo que afectan el COP están los incrementos de temperatura de condensación tk,. Varios autores  plantean que esto ocurre debido fundamentalmente a las  siguientes causas:

Disminución de la capacidad frigorífica específica

Aumento del trabajo teórico del compresor

Pérdidas mecánicas y eléctricas.

Las disminuciones del COP, debido a los aumentos de la temperatura de condensación, tk, quedan expresadas por las reducciones de la capacidad frigorífica específica () que provoca un aumento de la entalpía en la entrada del evaporador. En fin, para obtener valores de la  y el  del compresor, es necesario que los parámetros de ensayo estén en  correspondencia con las condiciones de explotación existente en el país.

El coeficiente de perfomancia () es la relación que existe entre la capacidad de refrigeración  y el suministro neto de potencia al compresor en las mismas unidades.

: capacidad frigorífica o de refrigeración,  o

: potencia consumida por el compresor,  o

Otra forma de expresar el  por otros autores es el , que es la relación de la eficiencia de la energía, que constituye otra manera de medir la eficacia del equipo de refrigeración. La  tiene los dos mismos términos que la ecuación del  y por consiguiente mide la misma eficiencia de utilización de la energía.

Sin embargo, difieren las unidades de la ecuación, y por tanto, los valores numéricos del  son diferentes de los del , para las mismas condiciones. Es por ello que en el trabajo podrán observarse datos y resultados de algunos parámetros en otro sistema de unidades que no es el internacional. Pero se ha decidido dejarlo así por ser la forma en que normalmente aparecen en los catálogos y literatura especializada, y además, se ha convertido en una práctica internacional para los que investigan y trabajan en la refrigeración.

: capacidad frigorífica o de refrigeración,

: entrada de potencia,

: relación de la eficiencia de la energía,

Del análisis de las ecuaciones resulta que a medida que es menor la capacidad frigorífica provocada por el aumento de la temperatura ambiente, el coeficiente de perfomancia o relación de la eficiencia de la energía disminuirá.

De todo el análisis termodinámico se concluye que es necesario la realización de pruebas experimentales y/o modelos que tomen en cuenta las diferentes temperaturas ambientes registradas en el país, permitiendo cuantificar los valores de: capacidad frigorífica, potencia eléctrica y eficiencia del ciclo, con el objetivo de hacer una selección y evaluación del compresor hermético más adecuado a las condiciones en que se explotan estos equipos en Venezuela; ya que a partir del análisis del ciclo ideal no se puede determinar objetivamente debido a que los procesos no son totalmente reversibles como establece el mismo.

CONCLUSIONES

No se posee la información suficiente para realizar la adecuada selección del compresor hermético para Venezuela.

Las condiciones reales de explotación de los compresores herméticos en Venezuela superan la temperatura ambiente previstas en las normas, y el voltaje real está fuera del rango establecido internacionalmente.

No existe un sistema de pruebas que contemple las condiciones de explotación de estos equipos.

En Venezuela existe una amplia variedad de equipos instalados y regímenes de trabajo no previstos.

La estructuración de un modelo matemático que contemple las condiciones en que se explotan estos equipos en el país constituye un elemento fundamental y necesario para la importación de compresores herméticos.

Autor:

Javier Antonio Cardenas Oliveros

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