Compresor Scroll

1. COMPRESOR SCROLL

Los compresores Scroll presentan ventajas sobre los compresores de pistón lo que les hacen ser unos serios competidores, veamos algunas de las características: Diseño simple con 70% menos de partes móviles. Sólo dos partes están involucradas en el trabajo de la compresión, versus al menos 9 por cilindro que requiere una tecnología a pistón convencional. Menor peso y tamaño que cualquier otra tecnología a pistón de capacidad equivalente Bajo Nivel Sonoro, el Scroll es hasta tres veces más silencioso y exento de vibraciones que cualquier otra tecnología a pistón. Se necesita hacer funcionar tres compresores Scroll al mismo tiempo para alcanzar el nivel de ruido de un compresor a pistón de capacidad equivalente.

Fig. 1: Bajo nivel sonoro del Scroll

Alta Eficiencia Los Scroll tienen el 100% de eficiencia volumétrica. A diferencia de cualquier tecnología a pistón, en un compresor Scroll no existe re-expansión. No disponen de válvulas de aspiración ni descarga, por lo tanto tenemos: o o o

Disminución de la probabilidad de averías y gastos de mantenimiento Mayor fiabilidad en su funcionamiento correcto y mayor longevidad de su vida útil Se eliminan las perdidas de carga debidas a las diferencias de presión necesarias para abrir y cerrar dichas válvulas.

Puede manejar mejor la presencia de líquido que otras tecnologías (alternativos, tornillos,…). De todas formas, deberán tomarse precauciones cuando la carga de refrigerante en el sistema es elevada y exista además el riesgo de un retorno de refrigerante líquido incontrolable. En el mercado existen gran variedad de compresores Scroll que cubren los campos de refrigeración y aire acondicionado con fabricantes como Copeland, Danfoss y Bitzer. Se puede consultar sus páginas web para ver características de sus equipos. Bitzer: http://www.bitzer.de/esl/Productos-Servicio Danfoss: http://www.danfoss.com/Spain/Products/Categories/ Copeland: http://www.emersonclimate.com/espanol/

1.1 Funcionamiento de un compresor Scroll

Un compresor Scroll está formado básicamente por dos espirales, una fija y otra móvil localizadas en la parte superior del compresor, sobre el motor (ver figura 2).

La espiral móvil orbita siguiendo la trayectoria fijada por la espiral fija. Entre ambas espirales irán formándose bolsillos de gas cuyo tamaño va decreciendo hacia el centro de la espiral fija, en donde se encuentra el puerto de descarga. El gas es impulsado, entonces, desde los bolsillos que se forman en la periferia, más grandes y a menor presión, hacia los del centro, de menor tamaño y mayor presión, hasta completar la compresión, escapando por el puerto de descarga, en el centro de la espiral fija. Las espirales se mantienen juntas por acción de la fuerza centrífuga.

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Fig. 2: Proceso de compresión en un compresor Scroll (Copeland)

La compresión es un proceso continuo: cuando una cantidad de gas está siendo comprimida en la segunda órbita, otra cantidad esta entrando en los scroll y otra cantidad está siendo descargada.

Fig. 3: Detalle de un compresor Scroll Performer (Danfoss)

El gas de aspiración entra al compresor, fluye alrededor del motor, por lo tanto, se asegura la refrigeración del mismo y entra por la parte inferior de los elementos en espiral (Scroll) a través de unas aperturas, donde se realiza la compresión. Las gotas de aceite se separan del gas de aspiración y caen al fondo del carter. Existe una válvula de retención localizada directamente sobre el scroll fijo en la zona de descarga, esto evita que el compresor gire en sentido contrario al parar. Por último, el gas de descarga sale por la parte alta del compresor. Se puede visitar la página web Copeland http://www.copelandscroll.com/espanol/ y ver el funcionamiento en una demostración animada del compresor Scroll. Un compresor Scroll puede comprimir en una sola dirección. En el caso de compresores Scroll con motor eléctrico trifásico, este puede girar en ambas direcciones, según se disponga el orden de conexión de las tres fases. El técnico de servicio deberá fijar la secuencia de fases que asegure un sentido de rotación correcta, durante la puesta en marcha. Si el sentido de rotación es incorrecto, se manifestarán los siguientes signos:

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Las presiones de Succión y de Descarga permanecen invariables (no comprime) Funcionamiento extremadamente ruidoso Consumo eléctrico muy bajo.

Fig. 4: Detalle de un compresor Scroll (Copeland)

La operación de un compresor Scroll girando en sentido inverso durante períodos prolongados de tiempo, provocará serios daños internos por falta de lubricación. Las pruebas que el técnico efectúe para determinar el sentido de giro durante la puesta en marcha no lo afectarán en lo más mínimo. En aplicaciones de más de 7,5 CV, puede que el compresor Scroll posea módulo de protección electrónica del motor, lo cual aporta una protección superior del motor eléctrico y puede prevenir la rotación inversa en ciertas aplicaciones.

1.2 Lubricación de un compresor Scroll

Algunos compresores scroll no posee bomba de aceite, y por ello, se fabrica un dispositivo electrónico para el control del nivel de aceite que se conecta mediante un adaptador a la conexión del visor de nivel de aceite del compresor. Cuando por alguna causa el nivel de aceite desciende por debajo de la mitad, el citado dispositivo activa un relé interno a través del cual se activa un solenoide que inyecta aceite al carter del compresor, hasta completar el nivel. El aceite inyectado puede provenir desde un separador de aceite, a presión de alta, o desde un depósito convencional de aceite. Si el nivel correcto de aceite no es alcanzado en menos de 2 minutos, otro relé interno en el dispositivo abrirá el circuito de mando del compresor deteniéndolo. El solenoide seguirá activado y el aceite continuará siendo inyectado, aun con el compresor detenido. Al completarse el nivel, el contacto se cerrará se cerrará y el compresor volverá a arrancar automáticamente.

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1.3 Métodos para mejorar la eficiencia de un compresor Scroll

Para mejorar el rendimiento de los compresores Scroll en refrigeración e incluso extender el rango de operación a temperaturas de evaporación mas bajas, se utiliza el sistema de inyección de vapor. En la figura 5 se puede ver el esquema generalmente usado en un scroll en refrigeración. Como vemos dispone de los componentes básicos: condensador, evaporador, compresor, intercambiador de calor, tubo capilar y una válvula solenoide de cierre.

Fig. 5: Inyección de vapor

Una pequeña cantidad de refrigerante después del condensador se desvía y se hace circular a través de un lado de un intercambiador de calor y a continuación se inyecta en el compresor como un vapor saturado a través de puertos de inyección intermedia dentro del scroll. La cantidad de refrigerante inyectado se determina por la diferencia entre la presión del condensador y la presión del bolsillo del scroll, así como por el diámetro del tubo capilar. El refrigerante restante que sale del condensador circula a través del otro lado del intercambiador de calor aumentando el subenfriamiento y por lo tanto al pasar por el dispositivo de expansión y entrar en el evaporador, se obtiene un incremento en el efecto frigorífico obtenido

Fig. 6: Puertos de inyección dentro del Scroll

También hay un ligero aumento en el consumo de potencia del compresor, debido al aumento del trabajo al comprimir el refrigerante inyectado adicionalmente. Sin embargo, el efecto neto logrado es un aumento en la eficiencia del compresor. Hay otras ventajas que ofrece la inyección de vapor, además de una ganancia en eficiencia neta. El aumento de capacidad es mayor a temperaturas de evaporación más bajas y a más altas temperaturas de condensación. Esto está de acuerdo con los requerimientos de la mayoría de los sistemas de refrigeración. Como el esquema de inyección de vapor puede detenerse, cerrando la solenoide que habilita el paso del líquido que se expande a uno de los lados del intercambiador, también permite el potencial de proveer modulación, es decir, aumentar o disminuir la capacidad en función de la demanda de la instalación frigorífica. Otro método para extender el rango de operación a más bajas temperaturas de evaporación es usar un esquema de inyección de líquido. Este esquema generalmente consiste de cuatro elementos: el compresor, el condensador, el evaporador y un tubo capilar con un solenoide, para cortar la inyección cuando el compresor se detiene.

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El tubo capilar está unido directamente al puerto de inyección del compresor. Una pequeña cantidad de refrigerante se toma desde la línea de líquido y hará las veces de masa de inyección. Como en el proceso de inyección de vapor, esta masa de inyección está directamente relacionada con la diferencia de presión entre el condensador y la presión del bolsillo de intermedio del scroll, y con el diámetro del capilar de inyección. Aquí también se observa un ligero aumento en la potencia consumida por el compresor, debido al aumento de trabajo al comprimir el refrigerante inyectado adicionalmente. Sin embargo, el efecto neto es positivo consiguiendo una mayor relación de compresión que en el caso de la inyección de vapor. Fig. 7: Inyección de líquido

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