refrigeracion industrial

SEMINARIO EN ESPAÑOL BIENVENIDOS A VILTER INTRODUCCION A REFRIGERACION

Introduccion a la Refrigeracion • FUNDAMENTOS BASICOS – La Refrigeracion es un Intercambio Termico o Transferencia de Calor entre dos fluidos a traves de un elemento. Su proposito es remover calor. – Todo se resume a un balance y transformacion de Energia – Energia Termica a Mecanica y de Mecanica a Electrica. ( Btu B.H.P Kw)

FUNDAMENTOS BASICOS • Para entender un poco a manera simple veamos unos cuantos terminos: – Calor: Calor es una forma de Energia. Es evidente que el calor puede ser convertido en varias formas de energia y que varias formas de energia pueden ser convertidas en calor. Termodinamicante, calor esta definido como la energia en transito de un cuerpo a otro como el resultado de la DIFERENCIA de temperaturas entre dos cuerpos. Todo otro tipo de enegia calor sucede como Trabajo. – Luego, FRIO ES LA AUSENCIA DE ENERGIA O CALOR. – No existe entonces el termino de HACER FRIO!! – SOLO EXISTE EL TERMINO REMOVER CALOR!!

CALOR • La Energia Calor transferida de uno cuerpo a otro puede causar el cambio de estado como tambien el cambio de temperatura. Luego, calor se divide en dos (2) dependido cual de ellos afecta al cuerpo: • Calor Sensible: Es el calor asociado con el Cambio de Temperatura, en contraste, con el intercambio de calor donde ocurre un cambio de forma o estado ( calor latente). Solo es expresa en grados. • Calor Lantente: Cambio de entalpia o cambio de estado y normalmente expresada en Btu / Lb o KJoules/Kg.

FORMAS DE TRANSFERIR CALOR  Conduccion: contacto directo  Conveccion: Contacto Indirecto o Agitacion  Radiacion: Reflejo o emision

ENTALPIA “h” • Ahora, en cambios de temperaturas, la mayoria de substancias sufriran cambios de estados. Por ejemplo: En aumentos de temperatura, Primero iran de estado solido a estado liquido y luego de estado liquido a estado gaseoso. Cuando el solido pasa al estado liquido, esto es conocido como el CALOR LATENTE DE FUSION y cuando el liquido pasa a estado gaseoso, este se conoce como CALOR LATENTE DE VAPORIZACION O EBULLICION. • Entalpia: Para evitar el uso de una frase larga como CONTENIDO DE CALOR, el uso de una sola palabra define la frase = ENTALPIA y utiliza la letra “h”. • Es una propieda termodinamica de cada substancia definida como la suma de su energia interna mas la cantidad de Pv/J, donde P igual a presion, v igual a volumen y J el equivalente mecanico a calor.

BTU o British Thermal Unit • BTU (BRITISH THERMAL UNIT): Es la cantidad de calor requerido o necesario para cambiarle a una Libra de Agua un (1) grado Fahrenheit. Luego, si a 1Lb de Agua, le agregamos 1Btu, aumenta entonces 1°F de temperatura. • Asi, la cantidad de Btus requerida para una libra de Hielo convertirse en agua es de 144 Btu o viceversa. Es de 32°F a 33°F.

TONELADA DE REFRIGERACION •

Antes de que existieran sistemas de Refrigeracion, la madre naturaleza, siempre nos ha brindado sistema de Frio o Refrigeracion = Hielo.

•

Este sistema fue, sigue y sera siendo HIELO. Y el Hielo, sigue siendo la base o columna vertebral de Refrigeracion.

•

Bajo el concepto de BLOQUE DE HIELO de 1 Tonelada de peso se define casi todo sistema de Refrigeracion

•

El termino CAPACIDAD no es mas que la referencia de DERRETIR ESTE BLOQUE DE HIELO de 1 TON.

TONELADA DE REFRIGERACION • Luego, a los comienzos de la industria, el termino de 1 TONELADA DE REFRIGERACION, no era mas que el calor requerido para derretir una Tonelada de Hielo en un periodo de un dia o 24 horas.

• 1 Tonelada masa = 2000 Lbs. • Luego 1 T.R. = 2000 Lbs x 144 Btu / Lb = 288,000 Btu •

Dividido por 24 hrs = 12,000 Btu / Hr.

• O su equivalente a 200 Btu/min.

CAPACIDA DE UN SISTEMA • Luego, la capacidad de un sistema esta definido como la rata o razon o proporcion de calor a remover de un espacio o elemento. • En sistema I.P. tener la capacidad de 1 Tonelada (T.R.) es la capacidad frigorifica de derretir una 1 Ton de Hielo en un periodo de 24 horas. • En sistema Metrico, una 1 Tonelada es la equivalencia de 3.517 kJoules/segundo o kW. Notese que la capacidad de refrigeracion, es actualmente una rata o razon de transferencia de energia y como tal expresada en terminos de POTENCIA.

Presion de Vapor o Presion de Saturacion • Cambiar 1 Lb de Agua a 1 Lb de vapor, se require de 970 Btu. ( 212°F o 100°C). • Ahora, el calor energia cambia tambien la presion de vapor.

• Presion de Vapor conocida tambien como la presion de vapor de equilibrio o presion de vapor de saturacion. Todos los liquidos y solidos tienden a evaporarse a forma gaseosas; y todos los gases tienden a condensarse a su forma original solida o liquida. Luego, la presion Vapor es entonces la presion de una substancia donde esta en equilibrio con sus otras formas de no vapor. • A una determinada temperatura para una substancia particular , existe una presion para la cual el gas de esa substancia se encuentra en equilibrio dinamico con sus formas de estado liquido o solido.

Amoniaco – Nh3 – R717

PUNTO DE VAPORIZACION o EVAPORACION • De esta manera, se puede definir que el punto de saturacion o punto de un cambio de estado esta relacionado con la presion de vapor. • En el caso del Punto de Saturacion para Ebullicion o Punto de Evaporacion o Vaporizacion, es el punto que le corresponde a presion atmosferica (14.7 psiA o 0 psiG). • Es el caso de pasar AGUA de estado liquido a vapor, es una temperatura de 212°F o 100°C.

• En el caso de Amoniaco es a -28° F y en el caso de Freon R-22 es a -41°F

PUNTO DE EBULLICION PARA REFRIGERANTES

Punto de Saturacion y Presion •

De esta manera cada substancia tiene una temperatura correspondiente a una presion o viceversa.

•

Recordemos que – Presion Atmosferica: es el peso del aire medido en psig (libras por pulgada cuadrada) o bares o kg/cm2. Estandard Universal al nivel medio del mar = 14.7 psig. Esta presion varia por la altura geografica. – Presion Absoluta: presion medida por encima de vacio (29.92 pulgadas de Mercurio – Hg). Constante universal para medir todos los sistemas. Se denomina como psiA o BarA, o Pascal ( Pascal es unidad de presion Absoluta, no manometrica). – Presion Manometrica: mide por encima o por debajo de la presion atmosferica comparando entre afuera y dentro del elemento medidor. Se denomina como Gauge o psiG, bar G. – Presion Absoluta = presion manometrica + presion atmosferica.

Puntos de Saturacion o Puntos Criticos •

Punto de Evaporacion o Ebullicion: Cambio de Liquido a Vapor

•

Punto de Condensacion: Cambio de gas a Liquido

•

Sobrecalentamiento: Cualquier punto por encima del punto de Ebullicion. Es decir, una vez gas, si se sigue incrementando la temperatura por encima de la temperatura de ebullicion, se comienza a recalentar el gas.

•

Subenfriamiento: Cualquier punto por debajo del punto de condensacion o enfriamiento. Es decir, unavez liquido, si se sigue bajando la temperatura por debajo del punto de condensacion, se comienza a subenfriar el liquido.

Refrigeracion Basica • Entonces, Refrigeracion esta definido como todo proceso para remover calor. Mas especificamente, es la ciencia que trata con los procesos de reducir y mantener temperatura a un espacio o materia prima por debajo de las temperaturas ambientes o externas que lo rodean.

• Para lograr esto, el calor del cuerpo o substancia debe ser removido por otro cuerpo o substancia que esta por debajo del primero. • Y como el calor del primero es removido por un segundo, esta claro que refrigerar y calentar son los efectos opuestos del proceso

Refrigeracion Basica • La rata o razon a la cual el calor debe ser removido del cuerpo o substancia, para lograr y mantener la temperatura deseada, se denomina CARGA DE REFRIGERACION, Carga de Frio o Carga de Calor. • En todos los sistemas, es la suma parcial o total de todas las fuentes de calor posibles. • En el proceso de Refrigeracion, entonces se usara un segundo cuerpo o substancia que absorbera el calor del primero.

Refrigeracion Basica • Todos los procesos pueden ser catalogados como Sensibles o Latentes dependiendo del efecto.

• Como ya vimos, si el efecto es cambio de temperatura, lo llamamos entonces refrigeracion sensible, y si el efecto es cambio de estado, lo llamamos refrigeracion latente. • Cualquiera que sea estos dos efectos, ,para matener el ritmo del proceso, en forma continua y constante; la substancia o cuerpo que absorbe el calor, debe mantenerse siempre a la misma temperatura y normalmente por debajo del primer cuerpo o substancia a enfriar.

Refrigeracion Basica •

Para ilustrar esto, imaginemos un cuarto donde 1 Lb de agua a 32°F se pone en un recipiente abierto y dentro de un cuarto que tiene una temperatura inicial de 70 °F.

•

A lo largo, el calor fluira del espacio que esta a 70°F hacia el agua que esta a 32°F. De esta manera la temperatura del espacio o cuarto disminuira. Sin, embargo, por cada Btu de calor que el agua absorbe del espacio, la temperatura del agua subira de un grado en grado hasta que tanto el cuarto como el agua se igualan de temperatura y el efecto de remocion de calor dejara de Fluir y no habra mas intercambio termico.

• •

Hubo solo calor sensible pero no latente. NO HAY cambio de estado.

Refrigeracion Basica • Ahora, en vez de usar 1Lb de Agua, usamos 1Lb de hielo. • La temperatura del hielo (32°F o 0°C) no cambiara, hasta que todo el hielo se derrita y se vuelva agua. Pero, en el proceso, el Hielo absorbe el calor del cuarto. De esta manera, el cuarto va bajando de temperatura y el hielo se va derritiendo, pero se mantiene en temperatura = 32°F. El hielo cede su energia al cuarto y el cuarto se enfria. • Hubo calor latente pero no sensible. • HAY Cambio de Estado.

Refrigeracion Basica •

Luego, si fuera posible y practico lograr una refrigeracion continua con una substancia o cuerpo SENSIBLE, la refrigeracion solo seria posible con substancias o cuerpos que no requieran sino mantener su temperatura y que solo cambien de estado. Pero, requeriria de grandes cantidades o volumenes de esta substancia o refrigerante.

•

Esto haria sistemas muy costosos y poco practicos.

•

Siendo asi el efecto, se pensaria entonces que para volver a usar o dar reuso al refrigerante o substancia, es necesario devolverlo en su estado original ( agua a hielo) para mantener un flujo continuo o un proceso continuo de intercambio termico.

Refrigeracion Basica •

En el caso de suministro de Hielo, se deberia entonces tener un suministro constante de Hielo. En el caso de un refrigerante uno que fluya en forma constante y que hace el mismo trabajo que el Hielo.

•

En el caso de los refrigerantes, se tomaria de un recipiente de alta presion y se deja escapar a baja presion, es decir, a la atmosfera.

•

El cambio de presion brinda el cambio de temperatura y logra el efecto de refrigeracion.

•

Por cuestiones no practicas, economicas y ambientales, esto no seria nada viable y recomendado.

Refrigeracion Mecanica •

Para ello nace la necesidad de crear un sistema que en un circuito cerrado o sellado, mantenga un volumen o carga de refrigerante, y que haga el trabajo solicitado y que recicle o use una y otra vez el refrigerante.

•

Los sistemas mecanicos, son disenados entonces para dar uso al refrigerante una y otra vez, en forma inagotable.

•

Su objetivo es como ya lo definimos, regresar el refrigerante a su estado (Calor Latente) para hacer el efecto y llevarlo nuevamente a su temperatura ( Calor Sensible) por debajo del cuerpo o substancia que requiere frio.

Sistema Elemental Mecanico •

1) 2) 3) 4) 5)

En un Sistema de Refrigeracion Mecanica, existen entonces 5 elementos basicos: Compresor Condensador Evaporador Elemento de alimentacion de refrigerante Tuberia

EVAPORADOR LINEA DE REFRIGERANTE LIQUIDO ALTA PRESION LINEA DE SUCCION BAJA PRESION

Vilter Vilter

CONDENSADOR COMPRESOR TRAMPA DE SUCCION

figura 1

RECIBIDOR DE LIQUIDO

Diagrama y Ciclo de Entalpia •

Para tener un buen entendimiento de un sistema de Refrigeracion, debemos tener claro el ciclo y diagrama de Entalpia. Cada substancia en este planeta, tiene un diagrama y tabla de propiedades fisicas, quimicas y termodinamicas.

•

El Ciclo de Compresion de Vapor, no es mas que estudiar el diagrama de entalpia o de Mollier y sus fases.

•

Como ya pudimos ver, tenemos 4 fases en el Diagrama Compresion Evaporacion Condensacion Alimentacion de Liquido o conocido con el termino de Expansion.

1) 2) 3) 4)

Ciclo de Refrigeracion •

Teniendo las tablas y diagramas adecuados para cada Refrigerante o substancia, podemos determinar las zonas como:

•

Evaporacion: El resultado del punto C menos el Punto B. Como esta a una misma presion, se llama proceso isobarico o igual presion. Cambio de Estado: Liquido a Gas

•

Compresion: El resultado del punto D menos el punto C, cambio de presion, idealmente un proceso ADIABATICO. No cambio de estado, solo cambio de presion.

•

Condensacion: El resultado del punto A menos el punto D, igual que evaporacion, proceso isobarico. Cambio de Estado, Gas a Liquido.

•

Expansion: El resultado del punto B menos el Punto A. Igual que compresion, proceso isoentalpico, no cambio de estado.

Compresion • Ya sabemos que para mantener un efecto continuo de refrigeracion, debemos tener una fuente continua o suministro de Refrigerante. • Para mantener evacuando el refrigerante que ya pierde su vida util o ya dio su funcion, necesitamos un elemento que mantenga el ritmo que saque del Evaporador ese gas y sea reemplazado por uno nuevo. • En este caso usamos, el compresor y se puede definir como una bomba de desplazamiento positivo de gas, siendo asi, quien le da la energia o moviento al sistema o al refrigerante dentro del sistema.

Compresion • Si asumieramos que tenemos un recipiente lleno de Refrigerante y lo dejamos escapar a la atmosfera, entonces su cambio de presion genera un cambio de temperatura. Este cambio, como ya lo mencionamos, genera un intercambio termico y toma efecto un proceso de refrigeracion o intercambio termico hasta que se agote el refrigerante.

Compresion • Si tomamos por ejemplo como refrigerante Freon R-22 que tiene un punto Critico o de Ebullicion a 21.6°F, podemos generar temperaturas por encima de esta a un espacio o cuarto, dejando escapar el refrigerante en forma controlada y a la presion que necesitamos para la temperatura que necesitemos dentro del cuarto

Compresion • Pero, para temperaturas por debajo del punto Critico o de Ebullicion, en este caso, por debajo de 21.6°, necesitamos bajar por debajo de la presion atmosferica, ya ahi usariamos una bomba de vapor o COMPRESOR y esta bajaria la presion dentro del evaporador y descargaria el gas al ambiente o presion atmosferica

COMPRESION • Para un ciclo ideal, el proceso de compresion se asume ser ISOENTROPICO. Un proceso ISOENTROPICO es un proceso especial abiabatico que toma lugar sin perdidas por friccion. • Un proceso adiabatico es un proceso de que toma lugar sin el Intercambio de Energia como calor de o hacia una substancia durante el proceso.

Condesacion • Ahora, ya sabemos que para mantener un efecto continuo de Refrigeracion, debemos llevar el refrigerante a su estado original y tener un suministro continuo y constante. • Para ello debemos llevarlo de su estado Gaseoso a su estado liquido. No podemos decargarlo al ambiente o presion atmosferica, necesitamos mantenerlo dentro de un circuito cerrado y aseguramos el suministro continuo al sistema de forma inagotable. • Dentro de este circuito cerrado, llevariamos el gas de su estados gaseoso a su estado original liquido y este efecto es conocido como CONDENSACION

Condensador • Como el refrigerante se vaporizo en el evaporador por absorber el CALOR LATENTE del espacio o substancia, entonces necesitamos de manera similar un elemento que remueva el CALOR LATENTE del refrigerante. • Este elemento se conoce como CONDENSADOR, y al igual que el refrigerante fue la substancia para remover el calor de otra substancia o espacio, el condensador requiere de un medio o substancia medio condensador para remover este CALOR LATENTE al refrigerante. • Los mas usados son AGUA y AIRE ambiente o combinados, y en otros casos, otros refrigerantes o medios.

Condensador • Para que exista FLUJO DE CALOR, debe existir una diferencia de temperatura entre la primera substancia y la segunda. • De la misma manera que el refrigerante debia estar por debajo en temperatura que el medio a enfriar, ahora, la substancia que enfriara el refrigerante, debe estar por debajo en temperatura que el Refrigerante. • Debido al aumento de presion por parte del compresor, el refrigerante ahora tiene una Presion que le corresponde una temperatura de Saturacion. Y esta temperatura debe ser mas alta que la del medio enfriante. Al mismo tiempo, el trabajo hecho por el compresor sobre el gas, le imparte una energia que le aumenta en calor o temperatura. Luego el gas que sale del compresor sale por encima de presion y por encima de temperatura al medio que lo va a enfriar.

Condensador •

Entonces, el compresor llevara el gas hasta una presion por encima a la correspondiente en temperatura del medio enfriante o condensante.

•

En el caso de Agua o Aire o combinados, esta temperatura de saturacion esta determinada por condiciones de Zona Geografica y Bulbo Humedo y Seco.

•

Aca es donde el nace el termino TEMPERATURA DE CONDENSACION y en la mayoria de los casos, para diseno, se usa Temperatura de 95 °F o 35 °C que corresponde al dia mas caliente del año en la zona. Esto es con fines que el condensador este seleccionado y dimensionado para esos eventos. Invierno, en forma contraria, puede usar una TEMPERATURA DE CONDENSACION BAJA.

•

Expansion • Expansion no es mas que el sistema tanto de medicion como de control de ALIMENTACION DE REFRIGERANTE y practicamente esta formado por accesorios como valvulas, VALVULAS DE EXPANSION (MANUALES, ELECTRICAS, MOTORIZADAS) controladores de nivel (FLOTAS, PROBETAS, SENSORES), VALVULAS REGULADORAS: de presion, de flujo, capilares, etc…… en la tuberia y sistema. • Debemos recordar que a una TEMPERATURA DE SATURACION le corresponde una Presion de Saturacion. • Expansion debe lograr que el refrigerante se encuentre en TEMPERATURA Y PRESION DE SATURACION y que normalmente debe estar por debajo de lo que se quiere enfriar.

Expansion • El proceso de expansio sucede al restringir el paso del fluido a traves de un orificio, cambiandolo en presion. De alta ( condensacion) a baja ( evaporacion). • El proceso de expansion no tiene cambio de Entalpia, pero si de entropia. Es Adiabatico. La entalpia del punto A es la misma del punto B. • El cambio de entropia durante el proceso A-B ocurre como resultado de permitir que el fluido se expanda de alta presion a baja presion sin la eficiencia de producir trabajo.

Efecto Neto Refrigerante • La cantidad de calor que cada unidad de masa de refrigerante absorbe es conocida como el EFECTO NETO REFRIGERANTE. • Cuando 1Lb de Hielo se derrite, absorbera una cantidad de calor a su CALOR LATENTE DE FUSION o 144 Btu, luego el efecto Refrigerante es 144 Btu. • En el caso de los Refrigerantes, el liquido suministrado al evaporador debe ir a una presion que le corresponda en Temperatura para el proceso.

FLASH GAS O BURBUJA • El liquido saldra del Condensador al Recipiente de Almacenamiento a la Temperatura de Saturacion. En muchos casos puede estar a 95°F.

• A esta temperatura le correspondera una presion alta. El refrigerante se llevara a esta presion a una mas baja para lograr la temperatura deseada. (Proces de Expansion). • Esto es solo posible a traves de elementos como orificios o valvulas de expansion. • En el proceso, parte del mismo refrigerante cedera moleculas o refrigerante para ayudar al proceso, lograr bajar temperatura. Estas moleculas se convertiran de liquido a gas y se conoce este fenomeno como FLASH GAS y es una deficiencia del Efecto Neto Refrigerante.

EFECTO NETO REFRIGERANTE • Luego, en la curva, se podra observar que una parte se convierte en gas y no ayuda a la evaporacion, y otra se convierte en liquido de baja presion y temperatura y sera el liquido que hara el trabajo. Esta zona de la curva es la parte NETA.

DIAGRAMA DE MOLLIER

Liquido Subenfriado

Liquido y Vapor Saturado

Vapor Sobrecalentado

Liquido hacia vapor

Vapor hacia Liquido

Lines de Temperatura / Constante 120 F

120

100

100

80

80

60

60

40

40

20

20

0

0

-20

-20

-40

280

240

-60

-60

200

160

120

80

-80

-80

40

0

-40

-100

-80 F

-100

360

320

-40

Lines de Presion / Constante 300

200

200

100

100

ABSOLUTE PRESSURE (lbs/sq in)

300

80

80

60

60

50

50

40

40

30

30

20

20

10

10

8

8

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1.0

1.0

Lineas de Entalpia Constante -75

-75

0

0

100

100

200

200

300

300

ENTHALPY (BTU/lb Above Saturated Liquid at –40 F)

SCALE CHANGE 400

400

500

500 SCALE CHANGE

550 560

550 560

580

600

620

640

580

600

620

640

660

660

680

680

700

720

700

ENTHALPY (BTU/lb Above Saturated Liquid at –40 F)

720

740

740

760

760

780

780

800

800

820

820

Lines de Volumen Constantes

Lineas de Entropia Constante

ENTHALPY (BTU/lb Above Saturated Liquid at –40 F)

SCALE CHANGE -75 300

0

200

100

300

400

500

550 560

580

620

600

120 F

100

200

640

660

680

700

720

740

780

760

800

820

100

80

200

80

60

60

100

100

80

80 40

40

60

60

50

20

50

20

40

40

0

0

30

30

20

20 -20

-20

360

320

-40

-40

10

10

280

8

8

240

ABSOLUTE PRESSURE (lbs/sq in)

300

120

6 -60

6

-60

200

5

5

4

4

160

120

-80

3

80

3 -80

40 2

0

2

-40

-100

-80 F

-100

1.0

1.0

-75

0

100

200

300

400

500 SCALE CHANGE

550 560

580

600

620

640

660

680

700

ENTHALPY (BTU/lb Above Saturated Liquid at –40 F)

720

740

760

780

800

820

PUNTO CRITICO GAS SOBRECALENTADO

CONDENSACION

EXPANSION

LIQUIDO SUBENFRIADO

FLASH GAS

EVAPORACION

H.P.

Calculo de un Compresor • Vamos a suponer que ya nos suministran la Carga del Sistema:  Un sistema de Amoniaco para una capacidad de 18 Tons de Refrigeracion y a una temperatura de evaporacion de 0°F y con una condensacion de 100°F.  Determinar:  Puntos de Entalpia  Volumen de Gas  CFM del sistema

Calculo de un Compresor • Usando un diagrama y tablas de propiedades para Amoniaco, encontramos que:

• A 100°F Amoniaco tiene una entalpia de liquido o hl = 155.2 Btu/Lb (Punto A = Punto B) • A 0°, tiene una entalpia de Gas, hg = 611.8 Btu /Lb (Punto C). • Evaporacion es entonces qe = (C-B) o (hg – hl ) = 611.8 – 155.2 = 456.6 Btu / Lb

Calculo de un Compresor • Sabemos que el sistema es de 18 T.R

• Sabemos que 1 T.R. es equivalente a 12000 Btu/hr o 200 Btu/min • 18 * 200 = 3600 Btu / Lb-min • Tomamos vaporizacion y lo dividimos por la capacidad del sistema • 3600 / 456.6 = 7.88 Lb / min

Calculo de un Compresor • Conociendo que el sistema requiere 7.88 Lb / min y volviendo a usar las tablas, encontramos que Amoniaco a 0°F tiene un Volumen de Gas = 9.116 Ft 3/ Lb. • Luego, podemos hallar los CFM o desplazamiento Volumetrico como 7.88 * 9.116 = 71.87 Ft 3 / min o CFM. • El sistema necesitaria tener un compresor que tenga un Desplazamiento Volumetrico de 71.87 CFM.

Calculo de un Compresor • Tambien podemos ver que: • (200 Btu/min) / (456.6 But/Lb) = 0.44 Lb/min de refrigerante recirculado para generar 1 T.R. • 0.44 Lb/min x 9.116 ft3 /lb = 3.99 CFM 5.14 CFM recirculado por 1 Tonelada de Refrigeracion

Calculo de un Compresor • Si vemos el Volumen y Densidad de Amoniaco a 100 °F en estado liquido (l) • Volumen = 0.02747 Ft3 / Lb • Densidad = 36.40 Lb/ Ft3 • 7.88 Lb/min * 60 min = 472.8 Lb/hr. de Refrigerante para la carga de 18 T.R.

•

472.8 Lb/hr * 0.02747 Ft3/Lb = 12.99 Ft3/hr de refrigerante para la carga de 18 T.R.

• Asumiendo 1 Hr. podemos asumir una carga de 472.8 Lb de Amoniaco para el Sistema, Y, un recipiente que al 70% de su capacidad almacene 12.99 Ft3 de Amoniaco.

Calculo de un Compresor Parte II • Determinar la temperatura actual de descarga – Usando la Entropia: Sg • Entropia es la relacion o rata de calor agregado a una substancia a la temperatura absoluta a la cual es agregado. La entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo .

• Luego, la Sg para 0°F es 1.3352 Btu- Lb ( °R)

Calculo de un Compresor Parte II • Usando nuestro diagrama, Intersectamos la linea de entropia (valor de 1.33 ) hasta la linea de condensacion 100°F. El punto de interseccion nos da una nueva Entalpia equivalente a 736 But/Lb segun las lineas de 100°F • entropia 736

Calculo de un Compresor Parte II • Luego nuestro nuevo punto D tiene como propiedades: Presion = (100°F) 197.2 psig Temperatura = 260 °F aprox Entalpia (h) = 736 btu / min aprox Volumen = 1.7 ft3/ Lb Entropia = 1.33 ( igual que el punto C)

Calculo de un Compresor Parte II • Teniendo una vez el valor nuevo de Entalpia y conociendo la Eficiencia Adiabatica del Fabricante del Compresor ( promedio 70% a 80% max.) podemos hallar el valor real de entalpia de descarga como: • ( 736 – 611.8 ) / 0.70 + 611.5 = 789.23 But/Lb • 789.2 Es la entalpia de temperatura de Descaga del Compresor

• Buscando esta entalpia sobre el diagrama y sobre la linea de condensacion, podemos hallar en que zona o temperatura esta esta nueva entalpia y esa es la temperatura real de descarga del compresor, en este caso esta en la zona de 340 Deg F. 100°F

789.23

736

320°F

360 °F

ENERGIA MECANICA EQUIVALENTE • Trabajo Mecanico es realizado cuando una fuerza actua moviendo un objeto cierta distancia. • Asumiendo que la accion de la fuerza es paralela a la direccion de movimiento, la cantidad de trabajo es igual a: w = (F)(s) F= Fuerza en Libras o en Newtons ( Kg por aceleracion o gravedad). S= distancia en pies (ft) o metros Luego w = Ft-Lb o N-m (Joules)

EQUIVALENTE ENERGIA MECANICA • Potencia es la proporcion o rata de tiempo para hacer un trabajo. En el sistema I.P. su unidad es H.P. o Caballos y en el sistema Metrico es kW. P = w/(33,000)(t) min o P= w/(550)(t) segundos = H.P. P = w/t = (Joules)(seg) = kW

Luego, es necesario expresar el trabajo o

energia mecanica en Unidades de Energia de Calor. Experimentos han establecido que 778 ft-Lb de trabajo o energia mecanica equivalente son igual a 1 Btu de energia termica.

ENERGIA MECANICA EQUIVALENTE • La energia equivalente del trabajo hecho durante el ciclo de compresion se refiere como al Calor de Compresion y se define como la diferencias de entalpias de los puntos D – C” •

qw

= hd – hc

TRABAJO MECANICO • El trabajo mecanico hecho por el piston sobre el vapor o gas durante compresion, puede ser estimado del calor de compresion. Si w es el trabajo hecho en Ft-Lb por Libra de refrigerante recirculado en el sistema, y J como la energia mecanica equivalente (788 ft-lb/Btu), entonces: • w = (qw)(J) = J(hd – hc).

• Si miramos nuestro nuestro ejemplo, tenemos que: en el ciclo isoentropico y negando perdidas y friccion h d = 736 Btu / Lb & Succion a (0°F) hc = 611.8 Btu / Lb W = (778 )( 736 – 611.8 ) = (778)(124.2) = 96,627.6 ft-lb / lb

POTENCIA TEORICA • La Potencia como vimos es el trabajo hecho en una rata o razon de tiempo. • Para nuestro ejemplo anterior sabemos que tenemos un trabajo de 96,627.6 ft-lb/lb • Y ya sabemos que 1 T.R. = 12000 Btu / hr = 200 Btu / min • El flujo masico de refrigerante circulado para generar 1 T.R seria igual a m = (200) / (456.6) = 0.44 Lb/min ton • Luego el trabajo para 1 T.R seria igual a

w= 96,627.6 x 0.44 = 42,516.1 ft-lb / min ton

POTENCIA TEORICA • La potencia teorica, negando todo tipo de perdidas, seria igual entonces a • Teori P / ton = (w) / (33,000) = (J)(m)(qw) / (33,000) • P = (42.516.1) / ( 33,000) = 1.28 H.P. / Ton o (788)(0.44)(124.2) / (33,000) = 1.28

• Para nuestro sistema de 18 T.R seria entonces una potencia teorica de 18 * 1.28 = 23.4 H.P. • La verdadera potencia seria usualmente de 30% a 50% por encima de la potencia teorica dependiendo de la eficiencia del compresor.

POTENCIA EN TORNILLOS La potencia consumida del compresor es el resultado de absorber el cambio de entalpia del gas y del aceite Power = mGAS CpGAS dTGAS + mOIL CpOIL dTOIL

COP o Coeficiente de Eficiencia • El coeficiente de Eficiencia de un sistema de refrigeracion o compresor es la eficiencia del ciclo y esta dada como • C.O.P. = (Calor abosrobido de espacio refrigerado) / ( CalorEnergia equivalente de la energia suministrada al compresor) • C.O.P. = ( Efecto neto refrigerante ) / ( Calor de compresion )

• C.O.P. = qe / q w = (hc – ha) / ( hd – h c) = ( 456.6 ) / ( 124.2 ) = 3.67

EFICIENCIA SISTEMA • Nuestro sistema era para 18 T.R. y requiere una Potencia de 33 H.P. 23.4 H.P. / 18 T.R = 1.28 H.P. por T.R. En sistema metrico 18 T.R * 3.517 = 63.31 kW 23.4 H.P. * 0.745 = 17.43 kW (63.31) / (17.43) = 3.63

Es decir que se producen 3.63 kW de Refrigeracion por cada 1 Kw de Potencia

SOBRECALENTAMIENTO O SUPERHEAT • En un sistema simple e ideal, el gas alcanza la succion del compresor en condiciones de saturacion, pero en la practica, el refrigerante en el evaporador se convierte todo en gas y luego sigue adquiriendo temperatura en el evaporador, tuberia y trayectos. Esto se denomina Sobrecalentamiento. • Si miramos nuestro ejemplo de una Temperatura de Satuacion de 0°F y adquiere 20 grados mas de calentamiento, podemos decir que existe un superheat o sobre calentamiento.

SOBRECALENTAMIENTO O SUPERHEAT • • • • • • •

Las nuevas condiciones para ese gas seran: Presion (0°F) 15.7 psig Temperatura: 20 °F Usando diagrama o tablas de propiedades Entalpia h = 623 Btu / lb aprox Volumen: v = 10 ft3 / Lb aprox Entropia: s = 1.36 Btu / lb °R aprox

• Siguendo la nueva linea de entropia y cruzandola con 100°F de condensacion, encontramos nuestro nuevo punto D’

SOBRECALENTAMIENTO O SUPERHEAT • • • •

D’ nos dara los nuevos puntos de: Entalpia h = 750 Btu / Lb aprox Volumen v = 2.3 ft3 / lb aprox Temperatura = 275 °F aprox

• El trabajo de compresion o calor de compresion sera igual a: Qw = hd’’ – hc’ = ( 750 – 623 ) = 127 btu / Lb

SOBRECALENTAMIENTO O SUPERHEAT • Sin sobrecalentamiento se obtuvo un calor de compresion de: 124.2 Btu / Lb • Con sobrecalentamiento se tiene un calor de compresion de 127 Btu / lb • Sabemos que la cantidad requeridad a circular en el sistema es de 0.44 Lb / min por 1 T.R. C.O.P. = (456.5) / (127) = 3.59 comparado con 3.63

• Luego la nueva potencia Teorica sera: P = (788)(0.44)(127) / (33,000) = 1.33 h.p. / Ton

Comparado con 1.28 H.P. / Ton Se aumento en 100 * (1.33-1.28)/(1.28) = 4 %

SOBRECALENTAMIENTO O SUPERHEAT • El volumen de gas en condiciones de saturacion era de: 9.116 ft3 / lb y en sobrecalentado podemos ver que es 10 ft3/lb aprox • Para un desplazamiento de 0.44 x 9.116 = 4.01 ft3/min o CFM por Tonelada, para 18 T.R. era igual a 72.2 CFM • Para la nueva condicion sera 10*0.44 = 4.4 ft3 / min * 18 = 79.2 CFM

• Si el compresor fue escogido para las condiciones de saturacion o 72 CFM, quedara subdimensionado para las nuevas condiciones. • Se aumento en el flujo en un: 100 * ((79.2-72) / (72)) = 10% • O se disminuye la capacidad del compresor en un 10%.

Caida de Presion • En vencer friccion, tanto interna como externa, el gas experimenta una caida de presion a traves del evaporador, accesorios, valvulas, trayectos de tuberia, etc….

• Si asumimos que en nuestro ejemplo para Una Temperatura de Succion de 0 °F exista una caida de presion de 2 psi, tenemos unos nuevos puntos como: • • • • •

Temperatura: 0°F (30 psiA – 15.7 psig) Presion: 13.7 psig o 28 psiA Entalpia: h = 616 Btu / lb aprox Volumen v = 10 ft3 / lb aprox Entropia = 1.35 Btu / lb-°R

Caida de Presion •

Y habria un nuevo punto D’ con Entalpia = hd’ = 742 btu/Lb aprox Volumen = v = 1.66 ft3 / lb Temperatura = 260 ° F aprox

•

Luego nuestro nuevo qw = ( 742 – 616) = 126 Btu / Lb

•

Nuestra nueva potencia seria:

•

P = (788)(0.44)(126) / (33,000) = 1.30 H.P. / Ton

•

Nuestro nuevo CFM seria (0.44) (10) = 4.4 Ft3/min ton * 18 = 79.2

•

C.O.P. baja a (456.6)/(126) = 3.62 , Potencia sube 100*(1.30-1.28)/1.30)= 1.5 %

•

Y ya vimos que el compresor disminuye en capacidad 10%

Dimensionamiento Lineas o Tuberias: • Linea de Succion (Page # 7): __________________ • Use ½ lb/100 ft Line Loss • • • • • •

Linea de Descarga (Page # 8): ________________ Use 2 lb/100 ft Line Loss Drenaje Condensador a Recipiente (Page # 8): ______ Seguir Valores de Tabla – NUNCA SUBDIMENSIONAR Lineas de Liquido Sistema (Page # 8): ______________ Seguir Valores de Tabla – NUNCA SUBDIMENSIONAR

• Lineas Ecualizacion Cond & recipiente (Page # 84): ______________ • Seguir Valores de Tabla – NUNCA SUBDIMENSIONAR SEE VILTER REFRIGERATION PIPING DATA MANUAL

Temperatura de Saturacion Succ (°F) (Page # 7) Line Size

-20°F Saturated Suction Temperature (SST)

Caida de Presion (psig/100 ft)

IPS (Inches)

20°F Saturated Suction Temperature (SST)

½

1

2

½

1

2

2

15.9 TR

23.9 TR

32.5 TR

42.3 TR

60.2 TR

85.6 TR

2½”

25.3 TR

36.1 TR

52.0 TR

74.5 TR

106.5 TR

151 TR

3”

45.1 TR

64.6 TR

91.5 TR

153 TR

218 TR

305 TR

Dimensionamiento Lineas o Tuberias: • Linea de Succion (Page # 7): 2 ½ “ para 18 T.R a@ -10°F • Use ½ lb/100 ft Line Loss

Discharge Lines (Page # 8)

Line Size

Temperature 250°F

Pressure Drop (psig/100 ft)

IPS (Inches)

½

1

2

1”

5.68 TR

8.06 TR

11.6 TR

1¼”

14.7 TR

21.1 TR

30.4 TR

1½”

22.2 TR

31.5 TR

45.0 TR

Dimensionamiento Lineas o Tuberias: • Linea de Succion (Page # 7): 2 ½ “ para 18 T.R a@ -10°F Use ½ lb/100 ft Line Loss • Linea de Descarga (Page # 8):

1¼“

Line Size IPS (Inches)

Liquid lines (Page #8) To Receiver (Condenser Drain)

Velocity (100 fpm)

½“

13.6 TR

¾”

25.2 TR

1”

42.1 TR

Dimensionamiento Lineas o Tuberias: • Linea de Succion (Page # 7): 2 ½ “ • Linea de Descarga (Page # 8):

1¼“

• Drenaje Cond. a Recipiente (Page # 8):

¾”

Line Size IPS (Inches)

Liquid Lines (Page # 8) To System (Liquid Supply)

Pressure Drop (2 psig/100 ft)

3/8 ”

11.6 TR

½”

23.5 TR

¾”

53.2 TR

1”

102 TR

Dimensionamiento Lineas o Tuberias: • Linea de Succion (Page # 7): 2 ½ “ • Linea de Descarga (Page # 8):

1¼“

• Drenaje Cond a Recipiente (Page # 8): • Seguir Valores de Tabla – NUNCA SUBDIMENSIONAR

• Lineas de Liquido Sistema (Page # 8): • Seguir Valores de Tabla – NUNCA SUBDIMENSIONAR

¾”

½”

Line Size

IPS (Inches)

Equalizing Lines (Page # 84) Receiver to Condenser Equalizing Line Sizes

Vent Line Size (Nominal Pipe Size – Inches) Max Tons (TR) – Refrigerant 717 (Ammonia)

½”

50 TR

¾”

100 TR

1”

170 TR

Dimensionamiento Lineas o Tuberias: • Linea de Succion (Page # 7): • Use ½ lb/100 ft Line Loss • • • • • •

2 ½”

Linea de Descarga (Page # 8): 1 ¼” Use 2 lb/100 ft Line Loss Drenaje Condensador a Recipiente (Page # 8): ¾ “ Seguir Valores de Tabla – NUNCA SUBDIMENSIONAR Lineas de Liquido Sistema (Page # 8): ½“ Seguir Valores de Tabla – NUNCA SUBDIMENSIONAR

• Lineas Ecualizacion Cond & recipiente (Page # 84): ½” • Seguir Valores de Tabla – NUNCA SUBDIMENSIONAR SEE VILTER REFRIGERATION PIPING DATA MANUAL

Gracias

VILTER MANUFACTURING CORPORATION PRESENTA

Tecnologia del Compresor Reciprocante

La Historia del Compresor Reciprocante Vilter Compresor Horizontal de Doble Accion  Primer Compresor en 1882

 Velocidad baja,109 RPM maximo  Cilindros Grandes con una carrera de 23” x 46”



Polea de Compresor de 20’

 Ocupaban grandes espacios

Compresor de Tipo Piston Doble - Horizontal

1882 Compresor Reciprocante Horizontal • Tipo Doble Piston- Horizontal • Impulsados por Maquinas de Vapor

Horizontal Compressor

Inicios de 1880’s Rangos 13” - 23” diametro, 23”- 46” carrera 65 - 109 RPM 275 - 900 Hp Hasta 40 pies ( 13 mts ) Largo

3 - 19” diametro x 28”carrera con Motores Sincronos Electricos

Compresion hasta 1250 psig – CO2 como refrigerante

Sistema Doble Etapa- Unidad Duplex

La Historia del Compresor Reciprocante Vilter Compresor de Cilindro Gemelo Vertical  Desarrollado en 1920  Velocidad mediano hasta 360 RPM maximo  Grandes Cilindros con una carrera hasta 10-1/2” x 101/2”  Menos espacio necesitado que el compresor horizontal

Primeros Verticales 250 to 400 RPM

Primeros de Banda Plana - 10% Perdida de Potencia tipicamente

La Historia del Compresor Reciprocante Vilter Compresor Multi-cilindro Vilter  440 VMC compresor desarrollado en 1945

 velocidades más altas  Cilindros con carrera y agujero de 4-1/2” x 31/2” y 4-1/2”x 4-1/2”  Menos espacio necesitado y más eficiente que los compresores horizontales o verticales

Vilter 400 Series VMC Compresores  Hay 3 modelos actuales de la Serie 400 VMC 

440 VMC serie, maximo 1200RPM  4-1/2” diametro and 3-1/2” carrera  Diametro pequeño para crank pin (2.874”)  Placas para valvulas de descarga



450XL VMC serie, maximo 1200RPM  4-1/2” diametro and 4-1/2” carrera  Diametro grande para crank pin (3.124”)  Tipo Anillo placas para valvulas de descarga



460 VMC serie, 50hz acoplamiento directo para aplicaciones de exportacion, maximo 1500RPM  4-1/2” diametro and 3-1/2” carrera  Diametro pequeño crank pin (2.874”)  Tipo Anillo, placas para valvulas de descarga

CAMISAS DE CILINDROS

CAMISAS DE CILINDROS  Camisas de 450/450XL liners son 1” mas grande que en los 440/460  Las camisas en los 440/460 utilizan 4 pines de elevacion para los descargadores  Camisas de los 450/450XL Utilizan 8 pines de levante

450 & 450XL

440 & 460

Patron Bruñido  Las funciones del Bruñido son:  Ayudar al asentamiento de los anillos  Atrapar pelicula de aceite en la camisa 30° to 60°

 30° to 60° Angulo de Bruñido  Si un piston y una biela son removidos del compresor, la camisa debe ser rebruñida y se debe usar nuevos  Piedras de raspado medio deben ser usados para el

Pistones Y Anillos de Compresion y de Aceite

Anillos del Piston

 Anillo de Compresion:  Sella durante la compresion  Se instalan con el bizel o palabra “Top” hacia la cabeza del

 Anillo de Aceite  Raspa el aceite en la carrera hacia abajo  Permite pasar aceite por el anillo en la carrera hacia arriba  Se Instalan con la marca o palabara hacia “TOP” arriba de la cabeza del piston

Piston  Piston de aluminio / Cam ground aluminum piston  La zona de anillos son de menor diametro que la superficie

 3 Anillos de compresion  1 Anillo de Aceite  La hendidura en el anillo de aceite permite el paso de aceite  Los pistones para 440, 450 & 460 tiene ajuste de empuje a mano con el Pin de Piston o biela  Los pistones para 450XL tienen ajuste de apretado con el pin del piston

Canal para Anillos de compresion Canal para Anillo de aceite

Pin de Piston

Plato de Valvulas y Valvulas

Plato de Valvulas de Descarga

 Existen 2 tipos de valvulas de Descarga:  Tipo Diafragama (Izquierda) (440 & 450XL Boosters o compresores aplicacion de Baja).  Tipo Anillo (Derecha) (450, 450XL & 460) Estandard o compresores de aplicacion de Alta

Plato de Valvulas de Succion

Alta Presion

Baja Presion

 Existen dos versions para el Plato de Succion, de Alta Presion y de Baja Presion  450XL  Alta Presion de Succion igual o por encima de 45 psig para Amponiaco y en Freones > 25 psig (High Lift)  Baja Presion para Amoniaco por debajo de 45 psig y en Freones por debajo de 25 psig(Low Lift)  440  Alta presion por encima de 45 psig (High Lift)  Baja Presion por debajo de 45 psig (Low Lift)

Valvulas del plato de Succion y Descarga Valvula de Succion Valvula de Descarga 450, 450XL & 460

440 & 450XL Booster

 La valvula de succion es de tipo anillo para toda la serie 400 VMC  La valvula de descarga es de tipo diafragma para los Boosters 440 and 450XL Booster VMC  La valvula de descarga es de tipo anillo para el plato de descarga de los 450, 450XL and 460 VMC

BIELAS Y RODAMIENTOS DE BIELA

BIELAS  Todas las bielas son Agujero Taladrado para aceite

 Forjadas  Marcadas con guia y chavetero para evitar deslizamiento o rotacion del  Agujero taladrado de aceite para suplir lubricacion

 Bielas para los 450XL Canal de suministro de aceite

 Major diametro para la seccion cigueñal  Canal detras del rodamiento

RODAMIENTOS DE BIELA InferiorSuperior

Actual Primeros 440 450, 440 & 460  Los primero 440 tenian canal completa  Diseño actual en los 440, 450, and 460 no tiene canal

450XL  El rodamiento superior esta hecho para  Aumentar superficie de rodamiento en el punto maximo muerto superior  Dar empuje de aceite al pin

 El rodamiento inferior es un rodamiento simple sin bolsillos o perforaciones  Estos deben ser instalados en sus orden exacto, de lo contrario habra fallo de lubricacion y giro de piezas

Pin y Buje de Biela

Agujero de aceite Canal de Aceite

 Todo los pines y bielas son alimentados de aceite por el orificio taladrado en la biela  El aceite lubrica el Pin a traves de una seria de canales y derivaciones internas  Los Bujes son de acero con Bronze

Sistema de Descargadores del Compresor

Descargadores con sistema por Aceite Puerto normalmente abierto de la fuente de presion sea Aceite o Gas ( Gas esta descontinuado ) Válvula de 3 vias de Solenoide

Puerto comun al piston para descargar

Puerto normalmente cerrado al carter

Gas Descargadores con sistema por Gas Valvula Solenoide de 2-Vias Normalmente cerrado

Piston de Descarga

Linea Venteado al Camara de Succion

Mecanismo Descargador

Leva Pivote Brazo Resortes

Pistones de Descargadores

Circuito de Aceite

400 Series Cut-Away - Oil Flow

Bomba de Aceite Salida

Entrada

Salida

Entrada

La bomba de desplazamiento positivo esta diseñada para rotar en cualquier sentido Si se cambia de sentido de giro, la bomba cambia internamente de sentido pero conseva la entrada y salida en posiciones fijas

Reguladora de presion de aceite

 Presion de aceite debe ser puesto de 40 a 45 psi Netas  La Presión del aceite neta es la Presión del Calibrador de la Succión restando la Presión de Indicador del aceite  El Ajuste del Regulador de la Presión del aceite está en la entrada (drive end) de acople o eje.

Separador de Aceite  Estandard – Termistores o malla de acero

 Super Separator – Elemento Coalescente

©Vilter Manufacturing Corporation 2003

Estandard

Separador de Aceite  Estandard – Termistores o malla de acero

 Super Separator – Elemento Coalescente



Super Separator Oil Separator

Flotador

Terminología de Operacion del compresor

 Compresión  Gas de re-expansión

 Eficiencia volumétrica  Proporción de compresión

 Sobre calentamiento de Succion  Arrastre de Liquido

 Reducción de capacidad

400 Serie Seccionado - Flujo de Gas

Ciclo de compresión 200

C DESCARGA

B

A – Valvula de Succion Cierre B – Valvula de Descarga Abre C – Valvula de Descarga Cierre D – Valvula de Succion Abre

PRESION

150

100

50

D

SUCCION

A

0 0

10

20

30

40 50 60 70 80 % de Volumen de Cilindro

90

100

Ciclo de Compresion  Piston A Punto Muerto Superior

 Valvula de Succion cerrada  Valvula de Descarga abierta  El gas es forzado fuera del cilindro

Ciclo de Compresion 

Al caer la presion de gas de salida, el resorte del plato de valvulas de Descarga cierra el plato o salida.



El piston baja, a medio camino en el cilindro y comienza a genera una vacio o presion interior baja.



El gas en el cilindro está por debajo de la presión de succión del compresor



Valvula de Succion se abre, el gas de succion es de mayor presion que la interna en el cilindro.



El gas de succión entra filtrado en el cilindro y llena el cilindro hasta que las presiones son iguales.

Ciclo de Compresion 

Piston en Punto Muerto Inferior



El gas de succión para de entrar al cilindro en el momento que las presions de cilindro y succion son iguales



Valvula de succion se cierra ahora por los resortes del plato de valvulas de succion.



Valvula de Descarga esta cerrada



Gas en el cilindro que esta a presion de succion, empezará a comprimirse cuando el piston comienza a subir

Ciclo de Compresion  El piston sube a medio camino en el cilindro 

Valvula de succion cerrada



Valvula de descarga se abre en el momento que el gas del cilindro adquiere mayo presion para vencer la fuerza del resorte y la presion afuera del cilindro.



El gas en el cilindro es ligeramente mas alto en presión que la presion afuera en la descarga del compresor

Ciclo de Compresion  Piston en Punto Muerto Superior  El Ciclo esta completo

 El Ciclo reinicia nuevamente

Eficiencia volumétrica 250

Proporción de compresión= 150/50 = 3

Eficiencia Volumetrica = 81% 200

Presion PSIA

C

A – Valvula de Succion cerrada B – Valvula de descarga abierta C – Valvula de descarga cerrada D – Valvula de succion abierta X - Re-expansion

B

150

100

D

50

A

81%

X

0 0

10

20

30

40 50 60 70 % de Volume del Cilindro

80

90

100

Eficiencia volumétrica C

250

A - Valvula de Succion cerrada B - Valvula de descarga abierta C - Valvula de descarga cerrada D - Valvula de succion abierta X - Re-expansion

B

PRESION PSIA

200

Proporción de compresión = 225/50 = 4.5 150

Eficiencia Volumetrica = 73%

100

50

D

X

A

73%

0 0

10

20

30

40 50 60 70 80 % de Volume del Cilindro

90

100

Eficiencia volumétrica A - Valvula de Succion cerrada

250

Proporción de compresión = 150/25 = 6

C - Valvula de descarga cerrada

Eficiencia Volumetrica = 65%

D - Valvula de succion abierta

200

PRESION PSIA

B - Valvula de descarga abierta

X - Re-expansion

C

B

150

100 D 50

A

65%

X

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

% de Volume del Cilindro

90

100

Compresore Reciprocante

Digestion de Liquido  Digestion de Liquido el hecho de CUALQUIER liquido que esta en la sistema de refrigeracion  La cabeza de seguridad es de resorte para prevenir daño  Cambios en temperaturas muy grandes causa fracturas de estres  Digestion continua causa desgaste en la area de rodamientos debido a cargas altas

Digestion de Liquido A - Valvula de Succion cerrado B - Valvula de descarga abierto C - Valvula de descarga cerrado D - Valvula de succion abierto X - Re-expansion

250

PRESION PSIA

200 C

B

150

100

50

D

X

A

0 0

10

20

30

40 50 60 70 80 % de Volume del Cilindro

90

100

Válvula interna de Alivio de Presión

 Previene el daño catastrófico debido a la alta descarga del compresor

Discharge Chamber  Una vez que el

alivio abre, debe ser reemplazado

Suction Chamber

Comparacion de Compresores RECIPROCANTE

TORNILLO DOBLE

MONO TORNILLO

CENTRIFUGO

CABEZA O PRESION DE DESCARGA

Variable

Variable

Variable

Fija

Volumen

Fija

Fija

Fija

Variable

Capacidad Volumetrica

Baja

Intermedia

Intermedia

Alta

70 -5500 CFM 120 – 10,000m3/hr

70- 3000 CFM 120 - 5097 m3/hr

400 – 25,000 CFM 700 – 42,000 m3/hr

Desplazamient Hasta 800 CFM o Volumetrico 1359.23 m3/hr

Potencia Impulsador

Hasta 350 H.P. 250 kW

50-2000 H.P. 40-1,500 kW

50-2000 H.P. 40-1,500 kW

300- 15,000 H.P. 200- 11,000 Kw.

Action o Tipo

Reciprocante

Rotatorio

Rotatorio

Rotatorio

Control

Por Etapas

Variable

Variable

Variable

Compresores Reciprocantes • Los compresores reciprocantes fueron los primeros compresores en ser usados en la Industria. • Existieron compresores con arreglos y formas variadas. Hoy dia, los mas comunes son el arreglo en V o W. • Los reciprocantes pueden usar cualquier tipo de refrigerante o gas. Todo depende del tipo de aplicacion, solubilidad del refrigerante con el aceite, eleccion del cliente, y capacidad. • La mayoria son de tipo impulsado por motores electricos pero pueden usar cualquier tipo de impulsador como motores de combustion, hidraulicos y turbina. Algunos son de arreglo de Acople por bandas y otros por acople directo.

Compresores Reciprocantes • Tambien pueden variar el numero de cilindros y velocidades.

• Dependiendo del tamaño y relacion de compresion, la potencia al freno B.H.P. puede ir desde 1 H.P. hasta 350 H.P. Y son capaces de manejar capacidades hasta 800 CFM. • Debido a las altas temperaturas de descarga de esta maquinas( 275°F para Halocarbones o Freones y 360°F para Amoniaco), los cilindros deben ser refrigerados ya sea con agua o con el mismo refrigerante. • Normalmente los Halocarbones o Freones no requiren de enfriamiento a menos que excedan las ratas de compresion.

Compresores Reciprocantes • La relacion de compresion puede ser de 8:1 para Amoniaco y de 12:1 para Freones o Halocarbones

• La relacion de compresion se define como la Presion de Descarga en Presion Absoluta sobre la Presion de Succion en Presion Absoluta. (Pd / Ps) • Y el volumen neto depende de la Relacion de Compresion. Una rata de 4:1 para Amoniaco da una eficiencia Volumetrica de 75% mientras que una rata de 8:1. da una eficiencia volumetrica de 58%.

Serie 320

323

324

325

326

327

328

Solo para Freones

Cilindros

3

4

5

6

7

8

CFM

91

121

151

182

212

242

1800 RPM

Series 350 ES

353

354

355

356

357

358

Solo para Freones

CFM

121

161

201

242

282

322

1800 RPM

Serie 440

442

444

446

448

4412

4416

Para cualquier Gas

Cilindros

2

4

6

8

12

16

CFM

78

155

232

309

464

619

1200 RPM

Serie 450XL

452

454

456

458

4512

4516

Para cualquier Gas

CFM

99.4

199

298

398

597

796

1200 RPM

COMPRESORES RECIPROCATES DIFERENCIA BASICAS TORNILLOS Y RECIPROCANTES

• Compresion hasta cierta razon o relacion (hasta 23:1) • Mayor flujo de aceite para lubricacion, sello y enfriamiento • Enfriamiento del gas durante compresion • Mayor rango de capacidades • Bajo Desempeño en Cargas Parciales • Bajo COP para compresores de tipo “Mini Screws” o pequenos.

• Compresion hasta ciertas relaciones ( 8:1 Amoniaco y 12:1 Freones) • Bajo flujo de aceite y en especial solo para lubricacion • Limitado enfriamiento del gas durante compresion • Menor rango de capacidades • Excelente desempeño a cargas parciales • Mejor COP

COMPRESORES RECIPROCANTES COMPRESORES RECIPROCANTES VERSUS COMPRESORES TORNILLOS Caracteristicas a Carga Parcial CONSUMO DE POTENCIA 100% TORNILLO A ALTAS RELACIONES O CARGA

~80% ~65% ~60% 50% TORNILLO A BAJAS RELACIONES O CARGA

RECIP

50%

100%

CAPACIDAD

COMPRESORE RECIPROCANTES COMPARACION - DIFERENTES PLANTAS Consumo especifico: kW / kW ( -40ºC -40°F / +35 ºC +95 °F ) CAPACIDAD

SISTEMAS DOBLE ETAPA - TORNILLO

DOBLE ETAPA RECIPROCANTES

TORNILLO CON ECONOMIZADOR

TORNILLO – SISTEMA UNA ETAPA

100%

0.584

0.595

0.656

0.746

75%

0.647

0.622

0.791

0.905

50%

0.769

0.742

1.076

1.227

Specific power consumption 1.400

kW / kW

1.200 1.000 0.800 0.600 50% 75%

0.400 Tw o stage Tw o stage - screw s - recips

Plant type

100% Screw w ith ecomizer

Single stage screw

Capacity (partload)

•Consumos de potencia especificos se doblan al 50% para carga parcial en una etapa. •Para sistema doble etapa, los tornillos y los reciprocantes se aumentan el consumo solo 30% a 20% aprox para cargas al 50%

TIPICO MODELO NOMENCLATURA A 11 REFRIGERANT A = Ammonia (R-717)

COMPRESSOR SPEED DESIGNATOR

UNIT TYPE K = COMPRESSOR UNIT

B R

CAPACITY REDUCTION OPTION

M = R-22

12 = 1200 RPM 93 = 930 11 = 1130 RPM or 1150 RPM * 88 = 880 06 = 1060 RPM 87 = 870 10 = 1000 RPM 83 = 830 96 = 960 RPM * (50Hz) 78 = 780 95 = 950 RPM 73 = 730 * FOR DIRECT CONNECTED UNITS

K 456XL-42

DRIVE RPM RPM RPM * RPM RPM RPM

NO LETTER = BARE COMPRESSOR F = LEVEL 2 WITH FLYWHEEL C = LEVEL 2 WITH COUPLING B = LEVEL 3 V-BELT DRIVE D = LEVEL 3 DIRECT CONNECTED

COMPRESSOR SERIES NUMBER OF CYLINDERS

NIVELES DE COMPRESORES

Uso de VFD o VSD – Variador de Frecuencia en compresores Reciprocantes • Razones para usar un VFD – Control de Capacidad: – Un compresor reciprocante trabaja en pasos fijos o etapas dependiendo de su banco o cabezas de pistones

– Un compresor tipico de 8 pistones puede operar con capacidad o pasos de 25%, 50%, 75% y 100% descargado. Si consideraramos una aplicacion de un Chiller donde por cuestiones de proceso la capacidad deberia estar en una valor de 60%, el compresor estaria ciclando entre 50% y 75%. Estos ciclos consumirian mas energia que si el compresor pudiera estar al 60%. Con un VFD, se estableceria el compresor al 75% y se reduciria velocidad

Uso de VFD en compresores reciprocantes • Los procentajes determinan la velocidad minima antes del uso de bomba externa de Lubricacion: • Ejemplo Un 12 cilindros a 1200 rpm x 0.6 = 720 rpm • Mas abajo de esta velocidad se requiere del uso de una bomba de lubricacion externa y se puede hasta velocidades minimas de 20%.

Numero de Cilindros

%

2

40%

4

40%

6

50%

8

50%

12

60%

16

60%

Uso de VFD en compresores Reciprocantes • Razones para usar un VFD: • Ciclaje del compresor: En un proceso de un cilaje continuo del compresor, como lo puede ser Fines de Semana en un Almacen de Frio donde las cargas seran minimas y el compresor tenderia a estar sobredimensionado. • Corriente en el Arraque del Motor: Para suavizar los picos o evitar las altas corrientes de arranque • Beneficios adicionales: Un compresor a velocidades minimas emite menos ruido. Tambien a velocides mas bajas, mas larga vida util de los componentes

USO DE VFD en compresores reciprocantes • Razones para NO usar un VFD: • Fluctuaciones de la carga: Un compresor sin VFD usara las solenoides de los descargadores para llevarlo a su punto ideal. Este proceso es instantaneo en la energizacion o desenergizacion de las solenoides. Con un VFD podria tomar mas de 8 segundos en estabilizarlo y podria comenzar a perseguir la carga en forma falsa.

Gracias!

VILTER MANUFACTURING CORPORATION COMPRESOR MONO TORNILLO

© Vilter Manufacturing Corporation 2005

Compresion Eficiente • Una de las diferencias entre un compresor reciprocante y un tornillo, es que el reciprocante usa Valvulas de Succion y Valvulas de Descarga para cada Cilindro • Dentro del reciprocante, estas valvulas operan como Valvulas de Tipo Cheque o Retencion en un Solo Sentido

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Compresion Eficiente • La valvula de Succion permite fluir gas dentro del Cilindro en la carrera hacia hacia abajo del piston , mientra que la valvula de descarga permite fluir el gas hacia afuera del cilindro en la carrera hacia arriba del piston • Las valvulas son abiertas por la presion del gas que tienen una caida de presion a traves de la valvulas. • La presion del Gas debe sobrepasar o vencer la fuerza del resorte, fuerza que debe ser suficiente para vencer la superficie de area de la valvula y perdidas. • El ciclo es ALTERNATIVO y no continuo, se denomina reciprocante

Compresion Eficiente • En su caso contrario, los tornillos NO TIENE VALVULAS, tiene PUERTOS • En un Doble Tornillo la Helice o Flauta es el volumen atrapado entre las canales de ambos rotores o tornillos • En Mono Tornillo esta Helice es el volumen atrapado entre el Rotor y el Diente de la Estrella • Compresion occurre por el engrane de los rotores o estrellarotor y las estrechas tolerencias de la carcasa. En la medida que los rotores giran en forma opuesta, el gas es aspirado por el Puerto y va llenando la Flauta o Helice. En la medida que el rotor o rotores giran, el gas se siente atrapado entre la carcasa y el rotor o rotores y es desplazado en forma axial y radial hasta el otro extremo de los rotores

Compression

©Vilter Manufacturing Corporation 2002

© Vilter Manufacturing Corporation 2005

Compresion Eficiente • Durante Succion, la helice esta abierta o expuesta al gas que entra y la llena de gas. • Cuando el maximo volumen de helice ha sido llenado, el rotor o rotores siguen girando hasta pasar el puerto de succion y dejarlo atras y ahora el volumen atrapado comenzara a ser reducido en la helice hasta el final de ella

Abierto a Succion

Llenado Maximo llenado de Gas en Succion

Compresion Eficiente •

La helice o flauta es el volumen atrapado entre las dos canales o Canal y Diente contra el cuerpo o carcasa del compresor.

•

Durante Succion, la helice esta abierta o expuesta al gas que entra y la llena de gas. Cuando el maximo volumen de helice ha sido llenado, el rotor o rotores siguen girando hasta pasar el puerto de succion y dejarlo atras y ahora el volumen atrapado comenzara a ser reducido en la helice hasta el final de ella

Llenado Maximo Comienzo de compresion

Compresion

Descarga completa

MONO TORNILLO

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Llenado

© Vilter Manufacturing Corporation 2002

Maximo

© Vilter Manufacturing Corporation 2002

Llenado Maximo Llenado Comienzo de compresion

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Descarga completa

COMPRESION EFICIENTE •

Por el tamaño y posicion del PUERTO DE DESCARGA, se determina el

Volumen de Salida del Gas. •

Esta Volumen esta relacionado como la Relacion de Volumen de Compresion y se denomina como el maximo Volumen interno del rotor en Succion dividido por el Volumen justo a la salida de la helice del rotor descargado hacia el puerto de Salida.

•

La Relacion de Volumen esta relacionado a la Relacion de Compresion o Presion y por la expresion:

•

( P2 / P1 ) = ( V1 / V2 )k

• • • • • •

DONDE P2 = Presion de Descarga ( Abs) P1 = Presion de Succion ( Abs) V1 = Volumen de Gas en Succion V2 = Volumend de Gas en Descarga K = constante de relacion de calor del gas

Vsuction,int

Vi 

Vsuction,int Vdischarge,int

Vdischarge,int

Volume Ratio - Vi

P s u c ti o n V

(

V V

k

s u c ti o n

=

s u c ti o n

_________________________________________________________________

d is c h a rg e

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P d is c h a rg e V

)

k

=

k

P d is c h a rg e P s u c ti o n

_______________________________________________________________

d is c h a rg e

Compresion Eficiente Refrigerante

K Factor

1/K

R717 (NH3)

1.29

0.77519

R-22

1.180

0.8475

R-134a

1.118

0.8945

R-290 (Propano)

1.140

0.8772

R-1270

1.145

0.8734

Ciclo de compresión 200

C DESCARGA

B

A – Valvula de Sucion Cierre B – Valvula de Descarga Abre C – Valvula de Descarga Cierre D – Valvula de Succion Abre

PRESION

150

100

50

D

SUCCION

A

0 0

10

©Vilter Manufacturing Corporation 2003

20

30

40 50 60 70 80 % de Volumen de Cilindro

90

100

COMPRESION EFICIENTE •

Tomemos por ejemplo un sistema que opera a 5°F (19.6 psig) de Evaporacion y usa Amoniaco. Y el sistema normalmente opera a 165 psig (90°F).

•

Su relacion Ideal debe ser: (165 + 14.7 ) / ( 19.6 + 14.7 ) = 5.24

Significa que un compresor en amoniaco con una relacion de 5.24 = (5.24) elevado a la 0.77519 = 3.61, QUIERE operar a un Vi de 3.61.

Es decir quiere comprimir el gas 3.61 veces para llevarlo a volumen y presion o 27.7% su reduccion de volumen.

COMPRESION EFICIENTE •

Un dia Caliente la presion puede estar en 180 psig, luego la relacion de compresion es: (180 + 14.7) / (19.6 + 14.7) = 5.67

En este caso 5.67 > 5.24. El gas es descargado por encima del punto ideal. Esto se denomina OVERCOMPRESSION o POR ENCIMA DE COMPRESION. Es un desgaste de Energia o H.P. al llevar el gas mas arriba de lo necesario. (5.67) elevado a(0.77519)= 3.84 Vi 3.84 Vi > 3.61 Vi

COMPRESION EFICIENTE •

El dia puede ser frio, o llega la noche y trabaja ahora con una presion de 125 psig (75°F). La relacion de compresion es ahora: (125 + 14.7 ) / ( 19.6 + 14.7 ) = 4.07

En este caso 4.07>> 5.24. El gas es descargado por debajo del punto ideal. Esto se denomina UNDERCOMPRESSION o POR DEBAJO DE COMPRESION. Es un desgaste de Energia o H.P. al tener el MOTOR que llevar el gas mas arriba al punto ideal. (4.07) elevado a la 0.77519 = 2.96 Vi 2.96 Vi < 3.61 Vi

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Compresion Eficiente • Para evitar este Desgaste de Energia, todos los Tornillos deben usar un sistema mecanico que ubique el punto ideal de Descarga o conocido como Vi. • Y su ideal, es estar ubicando el compresor en el punto que se necesita, como estar buscando la presion de descarga ideal

Pdischarge, int  Psuction, int  Vi   30.4  3.6 k

1.37

 176 psia

Compresion Eficiente • Para ello, los tornillos de Tipo Doble Tornillo usan una guia o pieza mecanica deslizante interna que hace funciones de pared para comprimir y ubicarse por debajo de los tornillos

Compresion Eficiente

Compresion Eficiente • Dependiendo del Vi requerido, antiguamente y todavia actualmente, fabricantes de Doble Tornillo, fabricaban y fabrican compresor con guias de Vi Fijo • La imagen Superior muestra Bajo Vi o Baja relacion de Compresion, apertura de salida o puerto grande • La imagen Inferior muestra Alto Vi o Alta relacion de compresion, apertura o puerto de salida chico.

Compresion Eficiente • Para estar evitando el cambio de la guia de una larga a una corta o viceversa, se tomo una guia larga y se partio en dos. • De esta manera la guia de capacidad sigue siendo la misma pero en dos piezas bajo una misma corredera o camino • Su unica funcion es ubicarse debajo de los tornillos para ubicar INICIO DE COMPRESION & INICIO DE DESCARGA

Compresion Eficiente • De esta manera, estando unidas = 100% de Capacidad, se puede lograr Vi variables como lo muestra la figura

Compresor Doble Tornillo Full Load Low Volume Ratio

Suction Gas

Fixed Port Area

Slide Stop Slide Valve

Full Load High Volume Ratio

Discharge Gas

Suction Gas

Fixed Port Area

Slide Stop Slide Valve

Discharge Gas

Twin Screw Compressor

2.2 Vi - 100% Cap

Balance piston Shaft seal assembly Cap. - increase

Cap. - decrease

Vi - decrease

Vi - increase

Piston rod

Unloader spring

Piston for Piston for cap. slide Volume slide Spacer for cylinder

Slide stop

Vi – 2.2 Cap. – 100%

Slide valve

Twin Screw Compressor

3.5 Vi - 100% Cap

Balance piston Shaft seal assembly Cap. - increase

Cap. - decrease

Vi - decrease

Vi - increase

Piston rod

Unloader spring

Piston for Piston for cap. slide Volume slide Spacer for cylinder

Slide stop

Vi – 3.5 Cap. – 100%

Slide valve

Twin Screw Compressor

5.0 Vi – 100% Cap

Balance piston Shaft seal assembly Cap. - increase

Cap. - decrease

Vi - decrease

Vi - increase

Piston rod

Unloader spring

Piston for Piston for cap. slide Volume slide Spacer for cylinder

Slide stop

Vi – 5.0 Cap. – 100%

Slide valve

Compresion Eficiente • Y el puerto de Descarga se encuentra en la pared del cuerpo del compresor

SALIDA RADIAL SALIDA AXIAL

Compresion Eficiente • Pero en la medida que cambien las condiciones del sistema, el compresor debe operar a Cargas Parciales. • En estos puntos, las dos piezas se separan y el Vi, perdera su punto ideal, ubicandose en un nueva posicion

Twin Screw Compressor

2.2 Vi – Min or Partial % Cap

Balance piston Shaft seal assembly Cap. - increase

Cap. - decrease

Vi - decrease

Vi - increase

Piston rod

Unloader spring

Piston for Piston for cap. slide Volume slide Spacer for cylinder

Slide stop

Vi – 2.2 Cap. – min.

Slide valve

Compresion Eficiente 5.0 Volume Ratio

100% Capacity

90% Capacity

70% Capacity

Twin Screw Compressor Suction Gas

Fixed Port Area

Slide Stop Slide Valve

90% Capacidad Vi Control Se pierde o ubica nueva posicion

Discharge Gas

Suction Gas

Fixed Port Area

Slide Stop Slide Valve

Discharge Gas

40% Capacidad Vi Control Se pierde o ubica nueva posicion

Compresion Eficiente • Luego, los DOBLE TORNILLOS O BIROTORES, solo son eficientes energeticamente cuando operan al 100% • A cargas parciales, tienen mayor consumo de Energia, por la desubicacion del punto Vi requerido.

• Debido a que el Vi solo es verdadero en cargas al 100%, una solucion en la DEFICIENCIA del CONSUMO ENERGETICO es el uso de VARIADORES DE FRECUENCIA, pues la variacion de Velocidad es otro metodo para variar Capacidad

Parallex de VILTER • Dado lo anterior en los DOBLE TORNILLOS, VILTER pantento el SISTEMA PARALLEX • Guia de Capacidad Variable Separada e Independiente  Infinita Posicion de 10 to 100%

• Guia de Relacion de Volumen Variable – SEPARADA E INDEPENDIENTE  Infinita Posicion y desde relaciones mas amplias desde 1.2 a 7.0 gracias que tiene la guia libre y solo para ella, no depende de una guia para dos pieza

• TENIENDO GUIAS SEPARADAS E INDEPENDIENTES PERMITE TENER RELACION DE VOLUMEN VERDADERA O EXACTA SIN IMPORTAR DE LA POSICION DE LA CAPACIDAD

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CAPACIDAD

RELACION DE VOLUMEN

Compresion Eficiente • De esta manera, el Mono Tornillo es practicamente el unico compresor en la Industria que tiene mejores eficiencias para Cargas Parciales Y SIN la necesidad del uso de un VARIADOR DE FRECUENCIA.

Vilter Single Screw Part Load Performance

PERCENT OF FULL LOAD POWER

100% 90%

TYPICAL TWIN SCREW WITH VARIABLE VI

80% 70% 60%

SINGLE SCREW WITH PARALLEX SLIDES

50%

IDEAL HP

40% 30% % CAPACITY

% SAVINGS

75% 50% 25%

5% 10% 20%

20% 10% 0% 0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

PERCENT CAPACITY

70%

80%

90%

100%

BALANCEO DINAMICO DE COMPRESION • Como es bien conocido, los compresores tornillos estan compuestos de pocas partes: – – – –

Rotores Rodamientos Guias de Capacidad y Volumen Cuerpo o Carcasa

• De esta manera, la columna vertebral de los Compresores Tipo Tornillo son los Rotores y Rodamientos.

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BALANCEO DINAMICO DE COMPRESION • Los primero Compresores de tipo DOBLE TORNILLO fueron inventados en 1878 en Alemania. En 1935 fue patentado por Suecia usando un perfil de 4 lobulos en el macho y 6 lobulos en la hembra y es practicamente el nacimiento de la industria del tornillo. En 1951 a compañia cambio luego su nombre a S.R.M o SVENSKA ROTOR MASKINER. Y practicamente posee toda la ciencia y derechos para la Industria de Compresores tornillos. • Uno de los rotores tiene Lobulos y es denominado comunmente el Macho. Su pareja tiene tiene cavidades y es denominado la Hembra.

BALANCEO DINAMICO DE COMPRESION • El diseño asimetrico busca minimizar el Efecto Cascada o fuga interna de gas comprimido entre los rotores y entre los rotores y la carcasa. Normalmente en operacion el macho ABSORBE EL 85% del torque y la hembra el 15%. Por esta razon, el compresor es de tipo Inundado de Aceite, el macho da impulso a la hembra como la hace un diente de un engranaje sobre otro.

BALANCEO DINAMICO DE COMPRESION • Asumiendo unicamente que el 15% del Torque esta entre los dos rotores, la accion de ruedo o giro existe unicamente entre los bordes de la helice. • Para poder asumir las cargas o esfuerzo generados por LA COMPRESION o PRESION INTERNA DESARROLLADA, los rotores deben usar RODAMIENTOS PARA CARGA AXIAL Y RADIAL. Radial para apoyo y Axial para movimiento lateral.

RODAMIENTOS DOBLE TORNILLO Y CARGAS Rodamiento Radial Rodamiento Radial

Rodamiento Axial

Balance piston

ZONA Baja Presion

ZONA Alta Presion Empuje Radial debido a la presion del Gas de Descarga o Alta Presion

Empuje Axial debido a la presion del Gas de Descarga o Alta Presion

BALANCEO DINAMICO DE COMPRESION •

En la mayoria de la Industria, la Carga Radial esta asumida por Rodamientos de Tipo Buje . Estos tienen muchas desventajas requieren lubricacion permanente y forzada y requieren maquinado preciso, no son flexibles a desalineamiento. Consumen mas H.P.

•

Otro Tipo para Radial es de Rodillos y son mas economicos que los Buje, ya que requiere lubricacion por baño y son mas flexibles para desalineamiento.

•

En la carga Axial, todos usan rodamientos de Tipo Bolas

BALANCEO DINAMICO DE COMPRESION • Los rodamientos de Bolas o Axiales son el talon de Aquiles de los Doble Tornillo y el mayor causante de fallas de compresor. • La carga de empuje o axial, es producto de la presion Diferencial entre descarga y succion que se proyecta sobre la cara posterior de los rotores, mas la carga por el momento de inercia o giro. • En el rotor macho va en sentido de descarga hacia succion. En el rotor hembra va en forma opuesta. Por esta razon el Macho debe usar un Piston Balanceador en Succion y no hace mas que ayudar al rodamiento de Bolas en su carga. • Presion = Fuerza / Area luego Fuerza = P x A donde P es la presion de aceite sobre el area del piston o superficie

• Por esta razon, el rodamiento en el rotor macho es muy sensitivo a la presion de acite sobre el PISTON BALANCEADOR.

Single Screw Main Rotor 4 Vent Holes Through the Rotor

Balanceo Dinamico de Compresion • En el Mono Tornillo, en forma contraria, todos los rodamientos y partes del compresor se encuentran todos expuestos a presion de succion o Baja Presion • Todo esto posible a que el rotor tiene orificios o vasos comunicantes que permiten que el gas que esta en un extremo pase y se ubique en el extremo opuesto logrando que es el mismo en ambos lados, igualando el valor de presion en ambos lados • Al usar este diseño, el empuja axial es nulo, ya que en ambos extremos, el empuje es la presion de gas sobre la superficie del rotor que para ambos – gas y superficie – tienen el mismo valor y tamaño. Y en forma opuesta, anula la carga

BALANCEO DINAMICO DE COMPRESION • Por medio del Diseño Geometrico del MONO, una estrella actua comprimiendo una mitad del rotor y la otra estrella actua comprimiendo la otra mitad. • Este diseño permite que se generen fuerzas tanto arriba como abajo pero de forma opuestas. • Este equilibrio pone en centro el rotor sin tener ningun movimiento vertical • El tener dos estrellas, permite tener dos descargas, cada una ubicada en polos opuestos y en forma simetrica o 180°. Esto da como resultado que el gas que sale por un puerto de un lado, tiene la misma fuerza y magnitud al gas que sale por el puerto opuesto. Opuesto, nuevamente da equilbrio.

Balanceo Dinamico de Compresion • De esta manera se logra un Perfecto Equilibrio del Rotor en todos sus puntos. • Lo que sucede arriba, sucede abajo • Lo que sucede en un extremo sucede en el otro • Asi, todos los rodamientos no reciben o asume Cargas sobre ellos

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CARGA SOBRE EL ROTOR Fuerzas Axials son Balanceadas Fuerzas Radiales son Balanceadas La UNICA Fuerza Neta actuando sobre el Rotor es

 GRAVEDAD O PESO DEL ROTOR

CARATERISTICAS DE DISEÑO • El ensamble tipico del Rotor tiene : Par de Rodamientos de Contacto Angular o de Bolas para ubicar el ensamble en forma axial Un Rodamiento de Contacto Radial o Cilindrico para posicionar el rotor dentro del cuerpo

© Vilter Manufacturing Corporation 2005

© Vilter Manufacturing Corporation 2005

© Vilter Manufacturing Corporation 2005

Balanceo Dinamico de Compresion • Todo esto brinda • Fuerzas Balanceadas: – Mayor Vida util de rodamientos (15 Años) – Mayor confiabilidad y seguridad, poco riesgo de fallas por rodamientos

• Parallex™ - Sistema de Guias para Capacidad y Volumen: – Eficiencia Optima – Mayor Ahorro de kW Cualquier rango de capacidad 0-100% y Volumen Vi (desde 1.2 hasta 7.0)

VENTAJA ADICIONAL • Cuando existe la digestion o compresion de liquido existe varios eventos: • Primero: Primera Ley de los Liquidos, Ningun Liquido es Compresible. • En el momento que entra liquido y por las extremas tolerancias o ajustes, el liquido al tratar de ser comprimido ejercera en forma inversa una fuerza hidraulica de empuje que averia o rompe piezas o soportes. • De la misma forma, el liquido que entra al compresor, proviene de la zona de Baja Presion = Baja Temperatura.

• Este liquido entra frio y al sentir el calor del Trabajo de Compresion dentro cierta zona de los rotores, va a cambiar a estado gaseoso por el cambio de temperatura. Esta expansion ocupa mas volumen o espacio, causando mas daño.

VENTAJA ADICIONAL • En el Mono Tornillo, al estar todo en una sola presion = temperatura, una digestion de liquido hace menos daño, pues no existe cambio de estado como sucede dentro de un Doble Tornillo • Luego el Mono es mas resistente a una Digestion de Liquido que su hermanos los Doble.

GRACIAS

VILTER MANUFACTURING PRESENTA

Economizador

Que es un Economizador ??  Elemento para subenfriar el liquido que va ser alimentado a Evaporacion.

 Un metodo de ahorrar COSTOS operacionales en sistemas de UNA SOLA ETAPA de COMPRESION a Baja Temperatura donde se reduce el consumo de H.P por T.R. a comparacion del mismo sistema pero con una sola etapa sin efecto de subenfriamiento.  El metodo empleado en Compresores Tornillos es usar el PUERTO LATERAL y asi poder simular un Sistema de Doble Etapa o de Subenfriamiento permanente

Cuando Debe ser Considerado un Economizador?  Aplicacion que esten por debajo de -20° F.  Cuando las Relaciones de Compresion Exceden 10:1 el consumo de H.P. por T.R es alto.  Para reducir el Efecto de Flash Gas en las lineas de liquido, usando subenfriamiento.  DESVENTAJA: El efecto de aspiracion solo es posible cuando la GUIA DE CAPACIDAD esta por encima del 70%, luego solo existira subenfriamiento en Capacidades por encima del 70%

Beneficios del Economizador  Aumenta la Capacidad del EFECTO NETO REFRIGERANTE usando la misma masa de REFRIGERANTE.  El vapor generado en el Intercambio Termico del Economizador, se lleva a una succion intermedia que corresponde la puerto lateral del Compresor que no es necesario llevarlo a la Succion principal del compresor donde aumentaria el BHP/TON.  Reduce el flash gas en valvulas de expansion y en lineas de liquido.  Si no se utiliza el Puerto Lateral para un Intercambiador de Calor para Subenfriamiento, puede ser usados para Cargas que esten a presiones intermedias de Succion

Una sola etapa sin Economizer

H.P.

Efecto Neto Refrigerante

Una Sola Etapa con Economizer

H.P.

Aumento de Efecto Neto Refrigerante

Sistema a Doble Etapa H.P.

H.P 2

H.P. > H.P. 1 + H.P. 2

H.P 1

Una Etapa siempre consume mas Energia que Doble Etapa

Aumento de Efecto Neto Refrigerante

Que se require para el Economizador?  El compresor debe tener puerto Lateral. Este puerto esta ubicado entre la presion de succion y la presion de  Y un intercambiador de calor que se denomina o se llama Tanque o Economizador con su respectivos controles de alimentacion de liquido y de Succion.

C

Pipe Sizing Standard

Oversized

Compressor Model

Economizer Port Pipe Size (inches)

Economizer Port Pipe Size (inches)

VSM-151 VSM-181 VSM-201 VSM-301 VSM-361 VSM-401 VSM-501 VSM-601 VSM-701 VSM-751 VSM-901 VSM-1051 VSM-1201 VSM-1501 VSM-1801

1.0 1.0 1.0 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 2.0 2.0 2.0 2.0

2.0 2.0 2.0 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 3.0 3.0 4.0 4.0

Que tipo de Economizadors se usan?  Tipo Flash or Open ( Abierto ) y es el solo recipiente  Casco y Espiral por dentro

 Casco y Tubos, en este tipo hay dos clases  1. Expansion Directa  2. Inundado en el casco

Sistemas Tipicos de Economizers son:

Sin Economizador

TIPO Flash

Tipo Flash •

Ventajas: –

•

Es el mas eficiente, logra suministrar liquido a TEMPERATURA DE SATURACION

Desventajas: –

–

El Liquido que sale hacia los evaporadores, se encuentra al presion de Temperatura de Saturacion, si no tiene la presio o fuerza suficiente para vencer caidas de presion en la linea, puede exitir problemas en la evaporacion. Debe ser instalado cerca de los evaporadores o Recirculadores . Equipo suelto debe ser instalado en campo cerca del compresor

Tipo Flash

Casco y Serpertin

Casco y Serpetin • Ventajas: – El liquido dentro del espiral mantiene la presion de Condensacion, la cual es alta y le permite vencer caidas de presion en la linea para largas distancias.

• Desventajas: – El liquido que sale, sale 10°F por encima de la temperatura de Saturacion – Equipo Suelto, debe ser instalado en campo cerca del compresor

Casco y Serpetin

Casco Tubos - Inundado

Casco y Tubos - Inundado • Ventajas: – El liquido dentro del los tubos mantiene la presion de Condensacion, la cual es alta y le permite vencer caidas de presion en la linea para largas distancias. – El equipo pueder ir montado por el fabricante del compresor

• Desventajas: – El liquido que sale, sale 10°F por encima de la temperatura de Saturacion – Control de Nivel preciso para que no llegue liquido al compresor – En otros casos el equipo suelto deber ser instalado en campo al lado o cerca del compresor

Casco y Tubos - Inundado

Expansion Directa

Casco y Tubos – Expansion Directa • Ventajas: – El liquido dentro del los tubos mantiene la presion de Condensacion, la cual es alta y le permite vencer caidas de presion en la linea para largas distancias. – Equipo puede ir montado por el fabricante del compresor

• Desventajas: – El liquido que sale, sale 10°F por encima de la temperatura de Saturacion – Control de Nivel preciso para que no llegue liquido al compresor – Control del SUPERHEAT para la Valvula de Expansion – En otros casos el equipo suelto, deber ser instalado en campo al lado o cerca del compresor

Casco-Tubos EXPANSION DIRECTA

Gracias

VILTER MANUFACTURING CORPORATION PRESENTA VILTER 717 OIL

ACEITE REFINADOS POR PROCESO “SOLVENT” - DEBILIDADES  Pobre Lubricacion  Alto Contenido de Carbono

 Bajo Punto o Indice de Viscosidad  Alta Volatilidad

 Alto grado de Oxidacion  Alto Contenido de Aromaticos  Debe ser cambiado en forma Frecuente  Alta Solubilidad con Amoniaco  Altos Costos de Mantenimiento

ACEITE REFINADOS POR PROCESO “SOLVENT” - FORTALEZAS  Bajo Contenido de Ceras  Punto Bajo Natural de Fluidez  Bajo Costo Inicial o de Inversion

En respuesta a la debilidades mas comunes de los aceites estandares de la Industria de Refrigeracion, Vilter decidio desarrollar una aceite de Alto Grado de Viscosidad, por el proceso de “HYDROCRACKED” , con Doble Proceso para una aceite de Base Mineral para Amoniaco

VILTER 717 OIL

VILTER 717 OIL - DEBILIDADES  No muy conocido en Aplicaciones de Amoniaco por muchos Usuarios  Solo por aquellos que compran Compresores Marca Vilter

VILTER 717 OIL - FORTALEZAS

 Excellente Lubricacion  Baja Volatilidad

 Poco Arrastre o Perdida del Separador  No Formaciones de Carbon or Similares

 Limpia Lodos o similares que se forma en el sistema  Intervalo de Cambio en forma esporadica y no seguida  Bajo Punto de Fluidez

 Buena Estabilidad al desgaste o uso  Mejora el Sello de Compresion en componentes  Alto Punto de Anilinos

 Compatible con Elastomeros

METAS de los Lubricantes  El Aceite debe permanecer en el compresor – Baja Solubilidad – Bajo O no arrastre - No Carry-over – No formacion de Lodos

 Buen Lubricante para el compresor debe: – – – –

Reducir el Desgaste Mantener el sistema limpio Ser Compatible con otros tipos de aceites y Elastomeros Reducir el frecuente cambio de el

Aceite VILTER 717 cumple con  VILTER 717 OIL Superiorida de Fluidez de Base  High Viscosity Index  Superior Temperature Stability  Low Carry-over

 Better Shear Stability  Seals Between Gate and Main Rotors

 Cleaner Systems

REFINACION SOLVENTE

Des-Cerado Unidad Recuperadora

Acabado de Base primaria

1st Stage Hydrocracking

REFINACION PATENTADA DE HydroCracked Destilacion Destilacion Atmosferica y de Atmosferica y de De-waxing Vacio Vacio

2nd Stage Hydrocracking

Destilacion Atmosferica y de Vacio

Torre de Extracccion

PROCESO DE REFRINACION DE ACEITE CRUDO

Acabad o de Base primaria

VILTER 717 OIL Meeting The Needs 

VILTER 717 OIL Base Fluid Superiority



High Viscosity Index



Estabilidad Superior a Temperaturas



Low Carry-over



Better Shear Stability



Seals Between Gate and Main Rotors



Cleaner Systems

Viscosity/Temperature Relationship

PAO

VILTER 717 OIL Solvent Refined Alkyl Benzene

TEMPERATURE

VILTER 717 OIL Meeting The Needs 

VILTER 717 OIL Base Fluid Superiority



High Viscosity Index



Superior Temperature Stability



Bajo Arrastre o Carry Over



Better Shear Stability



Seals Between Gate and Main Rotors



Cleaner Systems

Volatilidad de Varios ISO 68 % Weight Loss 2.0

1.5

1.0 0.5 0.0

VILTER 717 OIL

PARAFFINIC

Loss (22 Hrs. @ 100°C)

NAPHTHENIC

70°F

Solubilidad conAmmonia ISO 68 VILTER 717 OIL 1.9 PAO

2.1

SR PARAFFINIC

2.6

NAPHTHENIC 2

115°F

VILTER 717 OIL

2.1

PAO

2.2

SR PARAFFINIC

2.78

NAPHTHENIC

1.7

2.9

2

2.3

Percent Solubility

2.6

2.9

VILTER 717 OIL Cumple con 

VILTER 717 OIL Base Fluid Superiority



High Viscosity Index



Superior Temperature Stability



Low Carry-over



Mejor Estabilidad a desgaste



Mejor Sello de Compresion



Sistemas mas Limpios

VILTER 717 OIL Cumple Con 

Mejor Estabilidad a la Oxidacion



Mantener la Viscosity po Largos Periodos



Separates from Water



Oil Change Interval, 20,000 hrs. vs. 2,000 hrs. for Solvent Refined oils



Lower Pour Point -39°C (-38°F) Permits Easier Removal of Oil

VILTER 717 OIL Cumple Con 

Better Oxidative Stability



Maintains Viscosity for Longer Period of Time



Separacion del Agua Water



Intervalos de , 20,000 hrs. vs. 2,000 hrs. comparado con los aceites de Refinacion

Solvente 

Bajo Punto de Fluidez = -39°C (-38°F)

Demulsibilidad y Emulsion Caracteristicas, ASTM D1401 Viscosity, cSt @ 40°C

100 H. Neutral

Polars, %

SR Naphthenic

29-22-29(60)

0.6 - 2.0

SR Paraffinic (1)

35-30-15(30)

0.5 - 0.8

SR Paraffinic (2)

41-38-1(10)

0.1 - 0.3

VILTER 717 OIL

40-40-0(5)

Nil

Resistencia a la Oxidacion RBOT -- ASTM D-2722 Results (Min.) Viscosity @ 40°C

SR Naphthenic

SR Paraffinic

VI LTER 7 1 7 OI L

22 cSt

*

100 cSt

460 cSt

% Aromatics

60

45

30-45

200-300 200-300 300-350

375

435

435

9-20

0.5

(0.5% DBPC Present) * 10 cSt @ 40°C Naphthenic --- 95 Minutes

Influencia en la Pelicula de Aceite % Heat Transfer w/ Oil Film 100

0.0 MILS

80

0.75

60

1.50 2.25 3.20 4.00

40 20 0

0

50

100

150

200

250

300

Heat Transfer Coefficient w/o Oil Film BTU/HR/SQ.FT/F

350

400

Gracias

TIPOS DE ENFRIAMIENTO DE ACEITE Diseño del Sistema y Accesorios

Por que Enfriar el Aceite ? • Todos los compresores de tipo tornillo de tipo inudando de aceite usan el aceite para: – Lubricacion de partes internas – Sello de compresion entre elementos y carcasa – Absorber el calor de compresion o generado por el trabajo de compresion – En algunos compresores, para dar movimiento a piezas internas como un piston hidraulico

Por que Enfriar el Aceite ? • El aceite debe ser soluble o compatible con el Refrigerante, para ello, a una determinada Temperatura, tiene un punto de fluidez, viscosidad y solubilidad. • Entre el giro del compresor y la temperatura, el aceite adquiere la viscosidad adecuada para la lubricacion de los rodamientos y el sello de compresion. • En promedio se desea que el compresor descargue de 20 a 25°F por encima de la Temperatura de Saturacion de Condensacion para evitar la condensacion dentro del Separador de Aceite y para lograr separar el Aceite del Flujo de Gas del refrigerante y que no viaje junto con el por el sistema y mas bien se quede en el compresor o separador de aceite del compresor

VSS Oil Separator

©Vilter Manufacturing Corporation 2003

VSM and VSR Oil Separator

©Vilter Manufacturing Corporation 2003

Por que Enfriar el Aceite ? La potencia consumida del compresor es el resultado de absorber el cambio de entalpia del gas y del aceite

Power = mGAS CpGAS dTGAS + mOIL CpOIL dTOIL

Por que Enfriar el Aceite ?

Formas de Enfriamiento • Indirecto – Enfriar el aceite en forma externa del compresor usando algun medio enfriante • Directo – Permitir el enfriamiento dentro del compresor y la mezcla con de gas-aceite que es descargado del compresor

Los Indirectos son mas costos de Inversion e Instalacion, pero ahorran mas H.P. o kW versus los Directos que penalizan Capacidad y Motor del compresor

Formas de Enfriamiento • Tipos Externos – Agua – Glicol u otras substancias – Aire – Uso del Mismo Refrigerante

• Aplicacion del Enfriamiento – Enfriar el aceite antes de ser Inyectado al compresor

Formas de Enfriamiento • Indirecto • Agua o Glicol – Uso de Intercambiadores de Calor • • • •

Casco Tubo Placas y Bastidor Placas y Casco Expiral o Radiador

Formas de Enfriamiento • Indirecto – Intercambiador Externo – Agua o Glicol – Termosifon

• Directo – Inyeccion de Refrigerante Liquido • Inyeccion de Liquido • V-Plus

– Refrigerante Liquido en el mismo proceso de Compresion

Agua o Glicol o Similares • Tipos de Intercambiadores • Casco - Tubo – Cabezas removibles para limpieza

• Placas – Bastidor y Placas, Lado refrigerante soldado,

Agua-Glicol o Similares • Diseño – Aceite fluye fuera del separador – Una bomba o mecanismo forza el aceite por el enfriador de aceite – La temperatura de salida del aceite es normalmente controlada por una valvula termica que mezcla aceite frio con caliente – Temp ideal de salida del aceite 110-140°F (120 °F promedio ).

Agua-Glicol-Similares • Componentes • Intercambiador de Calor • Valvula de Tres vias de mezcla y termica • Tuberia • Valvula de Alivio

Pros & Cons • Alto costo del Intercambiador de Calor • En el caso de Agua o Glicol, fuente adicional para remover el calor al agua o Glicol, Otro costo de inversion y operacion • En el caso de agua, tratamientos quimicos y limpieza

Formas de Enfriamiento • Indirecto – Intercambiador Externo – Agua o Glicol – Termosifon

• Directo – Inyeccion de Refrigerante Liquido • Inyeccion de Liquido • V-Plus

– Refrigerante Liquido en el mismo proceso de Compresion

Efecto Termosifon • Se utiliza el mismo refrigerante como medio enfriador. – El refrigerante viene del mismo Condensador y pasa por el Intercambiador de Calor. – Se usa el principio de Inundacion o Gravedad. Todo el enfriador esta inundado de refrigerante. – Una vez pasa o entra el aceite caliente, el intercambio termico cambia de estado el refrigerante de estado liquido a gaseoso. La burbuja de gas sube hacia la superficie por densidad. – Las Burbujas son arratradas por el gas de descarga que succiona la linea de salida del Enfriador de Aceite, Efecto SIFON.

– Fenomeno de dos Fases dentro de tuberia: Liquido y Gas

Efecto Termosifon • Diseño – Aceite fluye fuera del separador – Sea por bombeo mecanico o presion diferencial, pasa por el intercambiador de calor – Temperatura normalmente controlada por una valvula termica de mezcla – Debe existir una altura minima entre la reserva de refrigerante y el enfriador de aceite para que funcione el efecto sifon. La pierna aumentara la presion del liquido sin cambiar Temperatura.

Efecto Termosifon • • • • • •

Componentes Intercambiador Externo Valvula de Tres vias de mezcla Tuberia Valvula de Alivio Altura

Pros & Cons • Bajo Mantenimiento • Simple • Altos Costos en la inversion o instalacion inicial • La carga de calor debe ser agregada al condensador, condensador debe ser seleccionado mas grande para ello • Diseño e Ingenieria en el tamaño de la tuberia. Mal diseño y no funciona el sistema y alto costo en repararlo • Altura minima requerida obliga a ubicar condensador en Techos o mayores alturas

Formas de Enfriamiento • Indirecto – Intercambiador Externo

• Directo – Inyeccion de Refrigerante Liquido • Inyeccion de Liquido • V-Plus

– Refrigerante Liquido en el mismo proceso de Compresion

Directo • Se permite contacto directo del flujo de gas-aceite de descarga y mezclarse con refrigerante en estado liquido

Directo • Tipos – Inyeccion de Liquido en la descarga de los compresores. – V-Plus – Inyeccion de liquido en la descarga de los compresors – Cool Compression o Proceso de COMPRESION FRIA

Formas de Enfriamiento • Indirecto – Intercambiador Externo

• Directo – Inyeccion de Refrigerante Liquido • Inyeccion de Liquido • V-Plus

– Refrigerante Liquido en el mismo proceso de Compresion

Inyeccion de Liquido • Diseño – Boquilla o Inyector rocia refrigerane liquido en la descarga del compresor o rotor – Liquido se mezcla con el flujo de gas y aceite que esta siendo descargado – El Refrigerante se evapora o se convierte en gas al enfriar el flujo – Sensor de Temperatura para controlar la valvula de Expansion y asi mantener controlada la temperatura de Descarga

Inyeccion de Liquido • Componentes • Linea de Liquido proveniente del Recibidor o Recipiente, con accesorios de valvula de corte, filtro, visor, solenoide y valvula de Expanision • Sensor de Temperatura y Valvula de Expansion sea de Regulacion Termoestatica, Electronica o Motorizada • Boquilla en la descarga del compresor • Entre el compresor y la Valvulas de Expansion debe existir algunas veces una Presion Diferencial de 50 psigDiff para que la valvula pueda inyectar liquido dentro del compresor.

Inyeccion de Liquido en BOOSTERS

Inyeccion de Liquido en ALTA ETAPA

Pros & Cons • Bajo Costo de inversion e instalacion • Sistema complejo de accesorios y de mantenimiento y calibracion • Se requiere de Valvula de Expansion Precisa para el tamaño y aplicacion • Se debe tener control preciso de temperatura • Temperaturas Ideales 120-135°F de descarga = aceite = separador de aceite • Mal calibrada o en mal estado, inunda el separador de Aceite con Refrigerante Liquido desequilibrando la proporcion de lubricacion y causando daño y fallas en los rotores y rodamientos del compresor. • Recompresion del refrigerante que se vuelve gas penalizando capacidad y Motor al compresor

Formas de Enfriamiento • Indirecto – Intercambiador Externo

• Directo – Inyeccion de Refrigerante Liquido • Inyeccion de Liquido • V-Plus

– Refrigerante Liquido en el mismo proceso de Compresion

V-Plus • Diseño – Sensor de Temperatura controla la velocidad de la Bomba – Liquido entra en la descarga o tubo de descarga del separador – Refrigerante se mezcla con el flujo de descarga y se evapora

V-Plus • Componentes • Bomba con Motor tipo DC y variador de velocidad • Sensor de Temperatura • Boquilla en la tuberia de descarga del separador

Pros & Cons • Control Preciso de Temperatura • No penaliza Capacidad o Motor como su sistema hermano Inyeccion de Liquido • Uso de bomba y costos de operacion y mantenimiento • Mala operacion si existe Flash Gas en la linea de Liquido • Ideal para Barcos donde se obliga a usar o Agua de mar o Inyeccion de Liquido

Formas de Enfriamiento • Indirecto – Intercambiador Externo

• Directo – Inyeccion de Refrigerante Liquido • Inyeccion de Liquido • V-Plus

– Refrigerante Liquido en el mismo proceso de Compresion

Cool Compression • Separador de aceite con Amoniaco en Estado Liquido dentro del Separador • Solo para aplicaciones de Amoniaco • Se basa en hacer el proceso de compresion en forma Fria o rechazar el calor al mismo tiempo que sucede la compresion. • Se descarga a TEMPERATURAS DE SATURACION y NO SOBRECALENTADAS • Saturated Conditions 70°F to 100°F Discharge Gas Temperatures (averages 2F° higher than saturated temp)

Cool Compression o Compresion Fria • Gracias a la virtud que todos los rodamientos del compresor se encuentran a una sola presion = presion de Succion ; y al mismo tiempo a una misma temperatura, es posible el uso de inyectar una mezcla rica de aceite y amoniaco sin que esta haga daño sobre los rodamientos como sucede en otro estilo de compresores

Cool Compression o Compresion Fria • Una mezla rica de aceite y amoniaco se inyecta al compresor. • Dentro del separador, se tiene una capa de aceite y una capa de amoniaco, formando la mezcla rica • La capa de amoniaco esta encima de la capa de aceite • La molecula que entra esta formada por aceite y amoniaco

Cool Compression o Compresion Fria • Los Rodamientos principales reciben aceite en forma pura o de la parte inferior de la capa. • El rotor y otras partes reciben la mezcla rica de amoniaco y aceite • Ambos se mezclan en el transcurso de la compresion y son descargados en el flujo de gas. • En el separador, la molecula de aceite-amoniaco liquido unidos y aceite se separan del flujo caen por densidad o gotas sobre la capa. • El manto o capa de liquido sobre el aceite, protege el aceite de evaporase y viajar con el flujo de descarga.

Cool Compression o Compresion Fria • La mezcla rica de aceite-amoniaco reduce el freno o deslizamiento de la piezas internas • La mezcla rica a Temperatura de Saturacion de Descarga evita la Recompresion o Flash Gas del amoniaco liquido • Este efecto Minimiza el calentamiento del Gas durante el ciclo de compresion y al mismo tiempo la expansion de este, logrando asi una compresion FRIA.

Cool Compression o Compresion Fria • Diseño: – La capa de amoniaco a Saturacion mantiene el aceite a Temperatura de Saturacion mas unos cuantos grados. – Una vez entre en compresion, la mezcla rica absorbe el calor de compresion, pero sin sobrecalentarse o expandirse. – Estas moleculas bajaran nuevamente de temperatura al caer por goteo o densidad sobre la capa de Amoniaco Liquido – La capa o manto actua protegiendo el aceite de sobrecalentarse. – La capa reducira en Nivel al ceder su energia a esta moleculas calientes que le llegan al manto y de esta manera el manto bajara de nivel. – Un sensor de Nivel de Amoniaco y aceite, permitira la entrada de mas amoniaco para recuparar el nivel perdido

Monitoreo de Cool Compression o Compresion Fria • La temperatura de Saturacion es calculada con base a la Presion de Descarga y comparada con al temperatura de Descarga para asi poderCalcular Sobrecalentamiento • Cuando el Sobrecalentamiento es mayor que 15 grados, el comepresor deja de Cargar • Cuando el Sobrecalentamiento es mayor que 25 grados, el compresor comienza a descargarse • Cuando el Sobrecalentamiento es mayor que 35 grados, para

Oil Separator Sump- Reserva de Aceite de Seguridad

Dual Oil Filters – Doble Filtro de Aceite

Danfoss Motorized Valve Set

Danfoss Level Probe – Probeta de Nivel

Danfoss Level Probe Installation

Danfoss Level Probe Installed

New Electronic Modulating Level Control

Doble Indicadores de Nivel Alarma y Paro

Doble Indicadores de Nivel Alarma y Paro

Pros &Cons • Bajo costo de Inversion y de Instalacion • Simple • Da Eficiencias igual o Y EN LA MAYORIA DE LOS CASOS mejores que sistema de termosifon • Aunque existen personas que lo comparan con un sistema de Inyeccion de Liquido, no tiene ni la penalizacion de Capacidad, ni la recompresion de gas, ni el aumento de Motor que los sistemas convencionales de Inyeccion.

Pros &Cons • Ahorra la inversion e instalacion de Tuberia y sistema de Termosifon • No usa y no tiene filtros coalescentes, un item menos de mantenimiento • Al estar en Saturacion y NO Sobrecalentado, permite fabricar el separador de aceite en diametros y longitudes mas pequenas, bajando costo de fabricacion • De la misma manera, en espacio pequeños, ideal por su tamaño.

Pros &Cons • • • •

Solo sirve para Amoniaco Unicamente en fabricado en los Modelos VSM Nominal 200 CFM to 700 CFM (from about 70 to 300 tons) Solo se puede en aplicaciones de Una sola Etapa o en la etapa de Alta en un sistema Doble Etapa ( no se puede como Booster) y que no excedan relaciones de compresion

– VSM-201 through VSM-401 Models • Pressure Ratios 2.3:1 to 7:1 – VSM-501 through VSM-701 Models • Pressure Ratios 2.3:1 to 11:1

Gracias

VARIADORES DE FRECUENCIA

(VSD o Variable Speed Driver – VFD Variable Frequency Driver NO TODOS LOS COMPRESORES FUERON CREADOS DE LA MISMA MANERA

Compresores mas comunes en Refrigeracion Industrial • Reciprocante • Doble Tornillo • Mono Tornillo

Por Que usar VFD’s y cuando? • Debido a que no todo el tiempo, los sistemas se encontraran o trabajaran al 100% de su carga o produccion, todo Sistema de Refrigeracion tiene Cargas Parciales. • Esto puede ser por razones de Carga o Produccion • O por razones que una vez lograda y mantenida la temperatura deseada como lo son los casos de los Chillers o Enfriadores de Liquido, el compresor entra a descansar o trabajar a carga parcial

Por Que usar VFD’s y cuando? • Muchas veces puede verse el caso de una Bodega de Almacenamiento que entre semana se encuentra en su produccion maxima y en el fin de semana, con puertas cerradas y no produccion, el compresor para el sistema, podria quedar sobredimensionado para los fines de semana, teniendo mayor gasto energetico

Como controlan la capacidad los compresores??: • Como controlan la capacidad los compresores??: • Los reciprocantes tienen los sistemas de los Descargadores de acuerdo al numero de bancos de cilindros • 6 Cilindros = 33% / 66% / 100% • 8 Cilindros = 25% / 50% / 75% / 100%

Como controlan la capacidad los compresores??: Reciprocate 458XL Recip at 20F & 95F 100.0 90.0

% Of Full Load Power

80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0

Cylinder Unloading

20.0 10.0 0.0 0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

Percent Capacity

70.0

80.0

90.0

100.0

Como controlan la capacidad los compresores Tornillos??: • Los tornillos, usan mecanismo interno de una corredera o guia que cubre la zona deseada del tornillo que representa la capacidad, analogicamente, como si fuera la Longitud del Tornillo • Otros Tornillos usan tapones debajo de los rotores que simulan zonas de porcentaje como los reciprocantes.

Como controlan la capacidad los compresores Tornillos??:

Como controlan la capacidad los compresores OTRAS OPCIONES??: • Otro metodo posible es controlar la VELOCIDAD DE GIRO del compresor • Debemos recordar que los compresores son Bombas de Desplazamiento Volumetrico

• Luego un compresor da una Capacidad a un regimen de 3600 rpm • y similarmente la mitad de capacidad a un regimen de 1800 rpm o 50% de velocidad de giro

Por que en Reciprocante ?? • Aunque sabemos que los reciprocantes tiene el mejor desempeño Energetico y no requieren el uso de VFD, existen algunas razones para ello:

1. Lograr mas pasos de Capacidad adicionales a los estandar 2. Minizar o eliminar el Cargue y Descargue ciclico del compresor 3. Minimizar la Corriente en el Arranque del Motor 4. Reducir Ruido 5. Reducir Desgaste 6. Y ciertas velocidad requeriran el uso de una Bomba Externa de Aceite

Por Que en los Tornillos ? • Para operar de forma mas eficiente (kW consumido por T.R) en Cargas Parciales ( este item solo aplica a los Doble Tornillos ). •Para usar un compresor de un tamaño grande para Cargas Pequeñas que requeririan de un compresor adicional • Para minimizar la corriente en el arranque del Motor

Por Que en los Tornillos ?

100 % Carga

Carga Parcial

EFICIENCIA A CARGA PARCIAL • Los compresore de Tornillo tipicamente se van a carga parcial descargando la Guia de Capacidad. • En motores de velocidad fija y constante, la eficiencia es degrada a cargas parciales por el Decremento o Descargue de la guia de Capacidad. • Relacion de Compresion – Con velocidad constante la Eficiencia es RELATIVAMENTE no tan degradada en Relaciones de Compresion Bajas • Pero, inversamente, la eficiencia es baja o degrada a cargas parciales en relaciones de compresion Altas.

SOLUCION A LA INEFICIENCIA A CARGA PARCIAL 1. De acuerdo a la aplicacion y Relacion de Compresion, uso de Variado de Frecuencia 2. Mantener La Guia de Capacidad Todo el Tiempo Cargada al 100% 3. Controlar Capacidad usando como Variable no la Guia sino la VELOCIDAD.

QUE ES UN VFD ?? • VFD – Tipicamente 460VAC es alimentado a una Entrada de un Diodo Rectificador – Voltaje AC es convertido a Voltaje DC Bus – El controlador crea un Pulso de un Algoritmo de Ancho de Modulacion (PWM) para abrir la compuerta de potencia – Los Transistores Aislados Bipolare de la Compuerta, son abiertos y cerrados de manera rapidad para recrear una Onda Sinosuidal parecida a la del motor. – El controlador varia de Pulso y su ancho para variar asi la velocidad delmotor. – La relacion de Voltaje y Frecuencia(Hz) debe mantenerse durante los cambios de velocidad (460v/60hz = 7.6; 230v/30hz=7.6)

VFD Diagrama Bloque

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD MINIMA • Diseño del Compresor y rodamientos que • • • •

usa Diseño del Motor y Rechazo del Calor Aceite (viscosidad) Presion de Aceite Refrigerante (no-soluble o soluble al aceite)

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD MINIMA • Muchos Compresores usan rodamientos de tipo Buje que limita el uso de velocidades o relaciones de 2:1 (1800rpm)

• Segundo Factor la Lubricacion ElastoHidrodinamica de los Rodamientos

LUBRICACION ElastoHidrodinamica • Primero un lubricante es una substancia interpuesta entre dos superficies que se encuentran en movimiento relativo y esta substancia tiene el proposito de reducir desgaste y friccion entre ellas. Un buen lubricante lubricara, protegera, enfriara, limpiara y sellara las superficies. • Segundo: el tipo de lubricacion elastohidrodinamica se encontrara en todo tipo de rodamientos antifriccion. El elemento rodante forma una pelicula entre el elemento y las pistas. • La formacion de la pelicula esta sujeta a la velocidad de operacion del rodamiento y en un grado menor a la carga sobre el rodamiento. Si los rodamientos son operados con la VISCOSIDAD CORRECTA para la velocidad y carga, una pelicula elastohidrodinamica se desarrollara lo suficientemente gruesa para separar las partes rotantes.

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD MINIMA • Viscosidades Mas Altas se requieren a bajas velocidades 18

CentiStokes

16

3600 3000 2400 1800 1600 1400 1200 1000 800 720

14 12 10 8 6 4 2 0 3600 3000 2400 1800 1600 1400 1200 1000 800

720

r.p.m.

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD MINIMA • La presion de aceite es desarrollada por la presion Diferencial entre Succion y Descarga, pero viscosidad aumenta en la medida que la velocidad baja, disminuyendo la facilidad de fluidez, necesitando una mayor presion. • Si el diferencial no es adecuado, la velocidad se limita hasta minimo el 40%. • Dependiendo del Refrigerante, el aceite debe ser soluble con el refrigerante • Con Amoniaco se puede lograr regimenes bajos hasta 800 r.pm. (20% para regimen de 3600 rpm). • Con Freon R-22 hasta 1200 r.p.m. (33%).

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD MINIMA • La velocidad de giro en los tornillos se define como ROTOR TIP SPEED o velocidad de Punta de Rotor • Y esta definida como la velocidad que el rotor debe girar para impartir movimiento a su pareja y a la MOLECULA DE GAS para hacer el efecto de compresion. • A una baja velocidad de giro, el gas no fluira dentro del compresor, perdiendo el efecto de compresion. • Varia del Tamaño de Diametro del Rotor y Perfil de Lobulos.

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD MINIMA • Motores – Cuando los motores son reducidos en velocidad, su abilidad para circular aire y rechazar el calor disminuye en forma cubica • Un motor disminuido al 50% perdera un 87% de flujo de aire a traves del estartor (50% x 50% x 50% = 12.5%)

• 12.5% + 87.5% = 100%

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD MINIMA • Solucion a los Motores es incrementar el tamaño y area de las aletas de ventilacion • Esto es un motor mas costoso • Installacion de Ventiladores UNO o DOBLE de Forma y Operacion Permanente a Motores Estandares Under 200HP not necessary. • 200HP 500HP, 1 ventilador • 500HP y por encima 2 ventiladores

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD MINIMA • El Flujo de Masas de Gas a traves de un compresor depende de la posicion de la Guia de Capacidad y velocidad del compresor. • Flujo Inadecuado, puede causar que la Inyeccion de Aceite principal, inunde el compresor • Esta inundacion del compresor puede destruir el compresor por fallo o Golpe Hidraulico o Digestion de Liquido

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD MINIMA Para Evitar el Golpe Hidraulico por el aceite se : • Limita que la Guia de Capacidad no descargue de cierto punto o posicion.

• Si la velocidad minima es 20%, la posicion minima para la guia es 40%. Si la velocidad minima es 50% la posicion es reducidad a 25%. (Max. Vel – Min. Vel ) / 2

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD MINIMA • Todo equipo rotatorio tiene velocidades criticas donde entra en su frecuencia natural de resonancia y podria vibrar hasta destruccion • Perifericos o accesorios de todo el paquete tambien tiene elementos que podrian excitarse con esta vibracion • Luego, debe evitarse que el VFD opere el compresor en estos rangos de Capacidad o Velocidad y deben ser ajustados en sitio o campo. No son facil de predecir o ubicar.

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD MINIMA • Alto consumo de Corriente:

• Para mantener el mismo Torque y Onda Sinosuidal del motor, La relacion de Voltaje y Frecuencia(Hz) debe mantenerse durante los cambios de velocidad (460v/60hz = 7.6; 230v/30hz=7.6) • A 50% de Velocidad, estara a 230 V y a 100% 3600 rpm estara nuevamente a 460V.

HARMONICOS • Harmonicos seran resultado del cambio de la Onda sinusoidal y puede afectar otros equipos alrededor o dentro de la planta.

HARMONICOS VSD INPUT CURRENT WITHOUT FILTER 5

4

6 3

1

2

Impedancia Electrica • Todos los cables electricos tiene Impedancia o Resistencia. Entre mas largo el cable o distancia, mayor la impedancia. • El PICO o PICOS de pulso de voltaje generado en el VFD se recrea en el terminal del motor y llega al enbobinado del motor debido a la desigualdad de impedancia entre el cable del Motor (embobinado) y el cable de conexion • Este reflejo recrea PICOS de Voltahe que pueden ser de 3 a 4 veces la cantidad de Voltaje suministrado y con el tiempo acortar la vida util del motor

CONSUMO MONO vs DOBLE

Mono y Relaciones de Compresion Vilter Single Screw 100 90

% Full Load Power

80 70 60 50

High CR - Slides

40

Inter. CR - Slides

30

Low CR - Slides Ideal

20 10 0 0

10

20

30

40

50 % Capacity

60

70

80

90

100

Mono sin VFD & Mono con VFD Vilter Single Screw 100 90

% Full Load Power

80 70 60 50 40 30

Low CR - Slides

20

Low CR - VFD

10 0 0

10

20

30

40

50 % Capacity

60

70

80

90

100

CONCLUSIONES • Un tornillo con VFD nunca sera rival para un reciprocante compressor con la combinacion de cargas parciales en momentos o segundos, mientras que un SIMPLE ON/OFF de los Descargadores es mas rapido que un cambio de velocidad

• Los VFD en Doble Tornillo estan mas para mejorar una DEFICIENCIA

CONCLUSIONES • Aunque la Tecnologia de VFD cada dia es mejor y mejora, aplicada en Compresores Tornillos, todavia tiene variantes como Aceite, Presion de Aceite, Viscosidad, Calor del Motor, Calor de VFD, etc… que limita usar el VFD para cargas por debajo del 50% al 10% y solo es posible para Cargas por encima del 50% al 100%

CONCLUSIONES • Si el VFD solo es eficiente para Cargas Parciales por encima del 50% al 100%, lo que debe preguntarse cada Cliente, es cuantas veces al dia y que tan frecuente y largas son estas cargas para justificar el uso de VFD. • Y EN EL MOMENTO DE INVERSION DE COMPRESORES, BUSCAR UN ALTERNATIVA COMO EL MONO TORNILLO QUE NO REQUIERE EL VFD Y TIENE PREMIUMS POR ENCIMA DEL DOBLE

GRACIAS