Compresores Frigoríficos: Principios, Tipos y Optimización de Rendimiento

Definición y Misión del Compresor Frigorífico

La misión principal de un compresor frigorífico es aspirar los vapores a baja presión y baja temperatura (Tm) producidos por la evaporación del fluido frigorífico, para luego comprimirlos y descargarlos a alta presión y alta temperatura (Tm).

Tipos de Compresores

Existen dos tipos principales de compresores utilizados en sistemas de refrigeración:

• Compresores Volumétricos: La compresión se logra por la reducción mecánica del volumen del fluido en una cápsula (cilindro) de volumen variable.
  • Subtipos: Alternativos (hermético, semihermético y abierto)
• Compresores de Flujo Continuo: La compresión resulta de la variación de las condiciones dinámicas del fluido.
  • Subtipos: Rotativo, de Tornillo y Centrífugos

Rendimiento Volumétrico

El rendimiento volumétrico representa la relación entre el volumen real de refrigerante bombeado y el volumen geométrico desplazado por el compresor. Depende principalmente de dos factores:

• Espacio Muerto (Volumen Nocivo): Es el volumen de refrigerante que no es efectivamente comprimido ni expulsado, representando una pérdida de rendimiento. Cuanto mayor sea el espacio muerto, menor será el rendimiento volumétrico. Por ejemplo, si el rendimiento volumétrico es del 80%, el 20% restante se atribuye al espacio muerto (100% - 80% = 20%).
• Presiones de Trabajo: Las presiones de aspiración y descarga influyen directamente en la eficiencia del proceso de compresión.

Capacidad Frigorífica

La capacidad frigorífica es la capacidad de un compresor para producir frío. Esta capacidad está influenciada por tres factores clave:

1. Características geométricas del compresor: Principalmente la cilindrada.
2. Características del refrigerante: Propiedades termodinámicas del fluido frigorífico.
3. Condiciones de temperatura y presión: Del ciclo de refrigeración (temperaturas de evaporación y condensación).

Definiciones Clave en Compresión

• Cilindrada: Volumen desplazado por los pistones en la aspiración.
• Volumen Horario: Representa el volumen total desplazado por los pistones en una hora (1 H).
• Caudal Másico: Es el número de kilogramos (Kg) de fluido refrigerante en circulación a través del compresor en una hora (1 H).

Producción Frigorífica

La producción frigorífica se puede clasificar en:

• Bruta/Teórica: Es la capacidad de un compresor para producir frío, obtenida multiplicando el caudal másico por su diferencia entálpica (h1-h5).
• Real: Se obtiene multiplicando la producción frigorífica bruta por el rendimiento volumétrico del compresor.

COP (Coeficiente de Rendimiento)

El COP es la relación entre la capacidad frigorífica producida y la potencia absorbida por el compresor. Es un indicador de eficiencia energética. Su fórmula general es: (h1-h5) / (h2-h1).

Válvulas de Aspiración y Descarga

La misión de estas válvulas es permitir la comunicación de los cilindros con el colector de aspiración y, posteriormente, con la descarga. Las condiciones esenciales para su correcto funcionamiento son tener una estanqueidad perfecta y una resistencia mecánica elevada.

Diferencia entre Volumen Aspirado, Cilindrada y Volumen Horario

• El volumen aspirado es la capacidad de refrigerante que realmente absorbe el compresor en cada ciclo.
• La cilindrada es el volumen geométrico interno de los cilindros del compresor.
• El volumen horario es el volumen total desplazado por los pistones durante una hora (1 H).

Balance Energético (Ciclo de Mayer)

Según el balance energético del ciclo, el calor cedido en el condensador es igual al frío absorbido en el evaporador más el trabajo realizado por el compresor. La relación entálpica se expresa como: (h1-h5) + (h2-h1) = (h2-h5).

Capacidad Frigorífica del Compresor

Se refiere a la capacidad inherente del compresor para generar frío en el sistema de refrigeración.

Estrategias para Mejorar el Rendimiento del Compresor

Para optimizar la eficiencia y el rendimiento de un compresor, se pueden aplicar las siguientes estrategias:

• Subenfriamiento: Reducir la temperatura del líquido refrigerante antes de la válvula de expansión.
• Sobrecalentamiento: Asegurar que el vapor refrigerante llegue al compresor con un cierto grado de sobrecalentamiento para evitar la entrada de líquido.
• Acercar las presiones de trabajo: Reducir la diferencia entre la presión de aspiración y la presión de descarga, lo que disminuye el trabajo de compresión.