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

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

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

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

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

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

Diferentes tipos de
compresores

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

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

Moto compresor hermético.

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

Velocidad del compresor.

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

El compresor
hermético, objeto de estudio en esta tesis

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

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

Aplicación, selección
y evaluación técnica

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Evaluación de
literatura.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Aplicación, selección y
evaluación técnica de los compresores
herméticos

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

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

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

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

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

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

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

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

Condiciones de ensayo de
evaluación de compresores

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

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

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

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

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

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

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

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

Caracterización de
los compresores importados por el país

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Herramientas de
modelación

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

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

Análisis Termodinámico Compresor.

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

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

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

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

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

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

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

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