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7/22/2019 Compresor scroll.pdf

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LA TECNOLOGA DEL COMPRESOR SCROLL Y SUS

APLICACIONES EN AIRE ACONDICIONADO, BOMBASTRMICAS Y REFRIGERACIN

Resumen: El concepto del compresor scroll ha estado disponible por ms de cien aos. An as, eldesarrollo de la tecnologa del compresor scroll moderno comenz en la dcada de los 70. La intro-duccin de mquinas con control numrico proporcion las bases para la mecanizacin con la ade-cuada precisin de los elementos necesarios para que un compresor scroll pudiera operar silenciosay eficientemente. La tecnologa del compresor scroll es ampliamente utilizada en aplicaciones de aireacondicionado y refrigeracin. Las aplicaciones scroll cubren un amplio rango de operacin usandodiversos refrigerantes. La lnea ms comn de compresores scroll va de 1 a 25 toneladas. General-mente los compresores scroll son de diseo hermtico, pero tambin se producen algunas variantessemihermticas. La tecnologa scroll establece el fundamento tecnolgico para compresores silen-ciosos, confiables y eficientes.

Palabras claves: Ventajas, Geometra, Conformidad, Inyeccin y Modulacin.

1. INTRODUCCIN

Desde su introduccin al mercado unitario de aire acondicionado a finales de la dcada de los 80, loscompresores scroll han tenido un gran xito en una amplia variedad de aplicaciones tanto residencia-les como comerciales. En aire acondicionado, los compresores ms pequeos (de 1 a 6 toneladas)se utilizan en sistemas residenciales, tales como los sistemas de bombas trmicas empleados paracalentar o enfriar hogares y negocios. Los compresores ms grandes (de 7 a 25 toneladas), se usanen aplicaciones comerciales como enfriadores de lquido (chillers) y en una variedad de sistemas deunidades condensadoras. Los compresores scroll de refrigeracin se emplean en una amplia gamade aplicaciones que incluyen: sistemas paralelos para supermercados, tanques enfriadores de leche,transporte automotor de carga refrigerada y contenedores marinos. La tecnologa scroll tambin hasido exitosamente aplicada en criogenia y gas natural.

Una de las razones del amplio xito de la tecnologa scroll es que sta ha sido diseada y fabricadaa bajo costo, alta eficiencia, y alto volumen. Adems, permite desarrollar y producir compresores dems alta eficiencia, teniendo en cuenta el recalentamiento global y los requerimientos de conserva-cin de energa, aspectos cada vez ms importantes a considerar por los fabricantes de compreso-res de hoy. La tecnologa scroll ofrece todos los medios para responder satisfactoriamente a estosretos tcnicos; proporciona al usuario final un beneficio real en lo que se refiere a eficiencia, confiabi-lidad, tamao, peso y bajo nivel de ruido, ms all que otras tecnologas existentes. El uso de meca-nismos de conformidad en los compresores scroll ha mejorado su capacidad para manejar refrige-rantes lquidos e impurezas presentes en el sistema. Estas caractersticas, junto a las mejoras en losdispositivos de proteccin, desarrollados especficamente para resolver problemas de aplicacin enel campo, han permitido el uso del scroll en forma exitosa a nivel mundial tanto en aire acondiciona-do como en refrigeracin.

2. VENTAJAS DEL SCROLL

Los compresores scroll, como otras tecnologas rotativas, requieren pocas partes mviles en compa-racin con los compresores a pistn. Debido a la baja velocidad de deslizamiento en todos los pun-tos de contacto, el mecanizado de precisin y las ajustadas tolerancias de los elementos del scroll,es posible usar el contacto fsico entre ambas espirales como un sello, lo que elimina la necesidadde usar un gran volumen de aceite como sellador. El contacto fsico entre las espirales tambin tienela ventaja de eliminar los espaciamientos y reducir las fugas, para que sea posible crear compreso-res de alto rendimiento con mquinas de menor desplazamiento. Esto est en directo contraste con


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los compresores a tornillo, donde las superiores proporciones de fuga se compensan usando despla-zamientos ms grandes.

Los compresores scroll son de por s mquinas silenciosas y de baja vibracin. El ruido generado porun compresor scroll es relativamente independiente de la pulsacin de gas y est generalmente aso-ciado slo con los dispositivos mecnicos reales del scroll. Las irregularidades en el mecanismo delos elementos del scroll pueden incrementar los efectos del contacto mecnico durante el funciona-miento. En el caso de compresores scroll para aire acondicionado, no existe vlvula de descargainterior, lo cual ayuda a reducir el ruido al eliminar los cambios abruptos de flujo. En los compresoresscroll de refrigeracin, se usa una vlvula para mejorar la eficiencia a bajas condiciones de evapora-cin, diseada especialmente para minimizar su impacto sobre ruido del compresor. La vibracin delcompresor se minimiza con el uso de contrapesos balanceados dinmicamente y al utilizar un proce-so de compresin continua, tambin se minimiza la pulsacin de torque asociada.

Debido a que dos elementos de precisin del scroll definen completamente el proceso de compre-sin, no es necesario utilizar una cubierta para ubicar el ensamblaje del scroll en forma precisa de-ntro del compresor. Aprovechando las ventajas de esta capacidad intrnseca del diseo, las espiralespueden alinearse por s mismas libremente durante la operacin del compresor. A esta capacidad sele denomina conformidad y es de gran importancia para el manejo de refrigerante en estado lquidodurante condiciones de inundacin y tambin de las pequeas cantidades de impurezas que puedenestar presentes en el sistema. Esencialmente, la conformidad permite que las espirales se separenligeramente ante los excesos de presin asociados con la presencia de un alto volumen de lquido.

3. GEOMETRA DE LA ESPIRAL

Las espirales pueden construirse en distintas formas y tamaos. Sin embargo, una geometra de cr-culos envolventes es ampliamente satisfactoria para el diseo y fabricacin de los compresoresscroll. Esta geometra ha sido exitosamente aplicada en perfiles de engranajes de dientes y provee eldesplazamiento requerido para el rodaje y el deslizamiento. Un perfil especfico se define por el usode un movimiento giratorio de un miembro flexible alrededor de un crculo base para crear un perfilarqueado. Este perfil establece las superficies funcionales que las espirales necesitan. Al aumentar odisminuir el dimetro del crculo base se pueden crear perfiles diferentes y nicos. Si los puntos departida se escalonan a lo largo del crculo base, se puede generar un espesor de pared. Despus deestablecer el crculo base y el espesor de pared, todo lo que se requiere es agregar una altura paracrear una espiral funcional.

Un compresor scroll consta de dos elementos en forma de espiral. Uno estacionario y otro que giraen un movimiento orbitante alrededor del centro del eje motor. Las dos espirales son idnticas y es-tn ensambladas con una diferencia de fase de180. El movimiento orbital de la espiral giratoria escircular, tiene la misma amplitud que el motor y se mantiene a 180 de diferencia de fase con el usode un dispositivo antirotacin, el cual se conoce generalmente como un tpico acople Oldham. Lamagnitud del movimiento orbital depende del radio del crculo base y el espesor de la pared. Duranteel funcionamiento, las dos espirales hacen contacto en varios puntos formando una serie indepen-diente de bolsillos en cada posicin del movimiento orbital. Estos bolsillos disminuyen progresiva-mente de tamao hacia el centro. El proceso de compresin de un compresor scroll se describe co-mo un proceso de desplazamiento positivo. Este tipo de proceso aumenta la presin del vapor refri-

gerante, reduciendo el volumen interno de la cmara de compresin mediante un esfuerzo mecnico.Ambos bolsillos sellados, interno y externo, se definen exclusivamente por la geometra del scroll y elmovimiento orbital. Por su diseo, el dispositivo de involucin en espiral del scroll tiene ya la capaci-dad incorporada de reducir el volumen y generar as una relacin de compresin propia.

Durante cada revolucin consecutiva del motor, la masa de vapor inicial se mueve hacia el centro porel movimiento giratorio y su volumen se reduce significativamente a medida que se mueve de bolsillo


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a bolsillo. El proceso de compresin se completa finalmente cuando el refrigerante se comprime a sumxima presin de descarga y es liberado a travs de un puerto de descarga. ste es un puerto co-mn localizado en el bolsillo ms profundo formado por los elementos combinados. Como toma va-

rias revoluciones completar este proceso, en realidad existe un proceso continuo de compresin du-rante la operacin. Vea la Figura 1.

Bolsillo deBaja

Presin

Figura 1. Cmo Trabaja el Scroll

Bolsillo de

Presin Media

Puerto de Descarga

Bolsillo de Alta

Presin

Scroll Fijo

Scroll Orbitante

4. CONFORMIDAD AXIAL Y RADIAL DEL SCROLL

La conformidad se define como la capacidad que permite que las dos espirales del scroll se separenligeramente en la direccin axial o radial debido a la accin de elevadas presiones o de la presenciade impurezas. La conformidad axial se define en trminos generales como la separacin de la punta

de una espiral, de la base de la espiral opuesta. Hay varios mtodos para lograr este tipo de confor-midad.

Un mtodo es usar sellos para la punta de la espiral. En este caso se le hace una ranura pequea alo largo de la punta de cada elemento espiral y luego se inserta un sello flexible en esta ranura. Estesello generalmente est hecho de un material de anillo de pistn y esencialmente realiza la mismafuncin de un anillo de pistn, esto es, cuando las espirales se separan, este sello mantiene el con-tacto con la base contraria. Con este diseo la fabricacin se hace ms compleja en los casos enque los perfiles de las espirales son muy anchas.

Otra aproximacin es aplicar una carga, ya sea a la espiral fija o la orbitante, mediante presin degas, para mantener sellada la punta y la base de contacto. Un mtodo tpico para lograr esto, espermitir un pequeo grado de movimiento axial al scroll fijo, entonces se instala un sello en una cavi-dad hecho en el scroll fijo; este sello tiene dos propsitos principales: uno es mantener sellados y

separados el lado de alta presin (descarga) del lado de baja presin (succin), el otro objetivo esproporcionar la carga de gas requerida para mantener el contacto necesario entre la punta de la es-piral y la base. Esto se logra mediante el uso de una cavidad intermedia que se forma bajo el sellodespus de que ste se inserta en el scroll fijo. Durante la operacin, esta cavidad intermedia sepresuriza mediante la alimentacin de gas a travs de un pequeo pasaje que conecta la cavidad yuno de los bolsillos de compresin formado en el scroll. Durante el arranque, el sello est en una po-sicin relajada sin carga, lo que significa que incluso a presiones elevadas de succin el torque esbajo debido a la fuga a travs de los bordes. Pero a medida que el compresor alcanza su condicinde operacin, la presin de la cavidad intermedia crece y carga el ensamblaje de las espirales. El


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scroll orbitante en este arreglo es soportado por una superficie de propulsin rgida. Esto proporcionauna ventaja al reducir la carga real sobre las puntas, necesaria para generar un sello, ya que el bujergido acomoda el momento lateral del scroll orbitante creado por las cargas tangenciales de gas. Un

mtodo de carga de un gas orbitando tendra cargas mayores en los bordes con el propsito de con-trarrestar el momento lateral, incrementando as la friccin y reduciendo la eficiencia del compresor.La conformidad axial tambin proporciona los beneficios de una presin constante de sellado durantela operacin y de una carga automtica al momento del arranque. Vea la Figura 2.

Figure 2. Axial Com pliance

Maintains Constant, Even

Pressure On Scroll Tips

Float ing Seal I s Key

Optim izes Tip Lo ad ing

Pressure Balanced

Eliminates Leakage

Pa tente d Design

Floating Seal

Upper

Scroll

(Fixed)

Lower Scroll

(Orbiting)

La conformidad radial es simplemente la habilidad que tienen los flancos de las espirales de separar-se ligeramente en la direccin radial. Esto se logra permitiendo que la espiral mvil se desplace una

distancia pequea en la direccin radial y mediante el uso de un buje descargador en el extremo deleje del compresor. La fuerza centrfuga generada por la masa rotatoria del scroll orbitante crea elsellado de los extremos de ambas espirales. Las fuerzas de gas generadas por el proceso de com-presin se oponen a esta carga y son proporcionales al diferencial de presin de operacin. Durantela operacin normal, la fuerza centrfuga es mayor que la fuerza de gas que mantiene el sello. Alpermitir que la espiral se mueva hacia adentro o que "descargue", el conjunto del scroll tiene la ca-pacidad de manipular pequeas cantidades de impurezas o de lquido adicional. La conformidad ra-dial es un mtodo excelente para asegurar el correcto sellado y proporciona proteccin contra pe-queas impurezas y refrigerante lquido. Vea la Figura 3.

Figura 2. Conformidad Axial

Mantiene la presin constante y uniformesobre los bordes de las espirales

El sello flotante es la clave: Optimiza la carga sobre los bordes Balancea la presin Elimina las fugas Tiene un diseo patentado

Sello FlotanteEspiral

Superior

(Fija)

Espiral

Inferior

(Orbitante)


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Figure 3. Radial Compliance

Radial Compliance

Debris

Ensures Scroll Contact But, Allows Scrolls To

Separate Sideways

So Debris And Liquid Can

Pass Without Damage

5. INYECCIN DE LQUIDO Y DE VAPOR

La inyeccin de vapor es un mtodo usado para mejorar el rendimiento de los compresores scroll enrefrigeracin. Incluso puede extender el rango de operacin un compresor a ms bajos niveles detemperaturas de evaporacin. El esquema de inyeccin de vapor generalmente usado en un scrollen refrigeracin consiste de los siguientes componentes bsicos: un condensador, un evaporador, uncompresor, un intercambiador de calor, un tubo capilar y una vlvula solenoide de cierre. Vea la Fi-gura 1. Una pequea cantidad de refrigerante es removida despus del condensador y luego es cir-culada a travs de un lado de un intercambiador de calor. Este refrigerante se inyecta entonces en el

compresor scroll como un vapor saturado. La cantidad de refrigerante inyectada se determina por ladiferencia entre la presin del condensador y la presin del bolsillo del scroll, as como por el dime-tro del tubo capilar. El refrigerante restante del condensador circula a travs del otro lado del inter-cambiador de calor antes de ser expandido y entrar al evaporador. Al circular a travs de un inter-cambiador de calor, el refrigerante que entra en el evaporador es subenfriado y por lo tanto se obtie-ne un incremento en el efecto frigorfico obtenido. La entalpa del lquido refrigerante subenfriado hsc,en KJ /Kg, puede calcularse por la ecuacin siguiente:

hsc = hcon- Cpr(Tcon- Tsc) (1)

donde:hcon= entalpa del refrigerante lquido saturado a la temperatura de condensacin (KJ /Kg).Cpr = calor especfico del refrigerante lquido a presin constante (KJ /Kg C).Tcon= temperatura de saturacin del refrigerante lquido a la presin de condensacin ( C).

Tsc = temperatura del refrigerante lquido subenfriado ( C).

Esto produce un aumento en la capacidad de enfriamiento del sistema. Tambin hay un ligero au-mento en el consumo de potencia del compresor, debido al aumento del trabajo al comprimir el refri-gerante inyectado adicionalmente. Sin embargo, el efecto neto logrado es un aumento tanto en lacapacidad como en la eficiencia del compresor.

Hay otras ventajas que ofrece la inyeccin de vapor, adems de una ganancia en eficiencia neta. Elaumento de capacidad es mayor a temperaturas de evaporacin ms bajas y a ms altas temperatu-ras de condensacin. Esto est de acuerdo con los requerimientos de la mayora de los sistemas de

Figura 3. Conformidad Radial

Impurezas

Asegura el contacto entre las espirales

Pero, permite que las espirales se separen

De forma de permitir que impurezas o lquido puedan

pasar sin provocar daos

Conformidad Radial

(Desplazamiento)


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refrigeracin. Como el esquema de inyeccin de vapor puede detenerse, cerrando la solenoide quehabilita el paso del lquido que se expande a uno de los lados del intercambiador, tambin permite elpotencial de proveer modulacin, es decir, aumentar o disminuir la capacidad en funcin de la de-

manda. La inyeccin de vapor tambin proporciona la habilidad de extender el rango de operacin,enfriando el compresor con el refrigerante inyectado. Vea la Figura 4.

Figure 4. Mid-Compression Injection Ports

Low Temp. Safety

Injects into Middle of

Compression Process

No Performance Loss with

Liquid

Vapor enhances overall

performance by increased

capacity

FixedScroll

Orbiting

Scroll

Injection Points

Otro mtodo para extender el rango de operacin a ms bajas temperaturas de evaporacin es usar

un esquema de inyeccin de lquido. Este esquema generalmente consiste de cuatro elementos: elcompresor, el condensador, el evaporador y un tubo capilar con un solenoide, para cortar la inyec-cin cuando el compresor se detiene. Un mtodo alternativo en lugar de un tubo capilar para contro-lar la inyeccin, es una vlvula controlada por la temperatura de la descarga. En estos casos, unapequea conexin va de la lnea lquida del condensador a un tubo capilar o a una vlvula controladapor la temperatura. La vlvula o el tubo capilar estn unidos directamente al puerto de inyeccin delcompresor. Una pequea cantidad de refrigerante se toma desde la lnea de lquido y har las vecesde masa de inyeccin. Como en el proceso de inyeccin de vapor, esta masa de inyeccin est di-rectamente relacionada con la diferencia de presin entre el condensador y la presin del bolsillo deintermedio del scroll, y con el dimetro del capilar de inyeccin y de la tubera de los pasajes internosdel scroll por donde se inyecta esta masa. Aqu tambin se observa un ligero aumento en la potenciaconsumida por el compresor, debido al aumento de trabajo al comprimir el refrigerante inyectado adi-cionalmente. Sin embargo, el efecto neto es el enfriamiento del gas de la descarga suficientemente,de manera de permitir la operacin a las ms elevadas relaciones de compresin hallados comn-

mente a las condiciones de bajas temperaturas de evaporacin y de elevadas temperaturas de con-densacin. Tanto la Inyeccin de Lquido como la Inyeccin de Vapor emplean puertos de inyeccinintermedia dentro del scroll.

6. MODULACIN

Hay varios mtodos para lograr la modulacin en un compresor. Un mtodo ya discutido es la inyec-cin de vapor. Existen tres formas comunes de modulacin, ellas son: velocidad variable, modulacinmecnica y succin variable. La modulacin de velocidad variable requiere del uso de un motor trif-sico de induccin de velocidad variable y tambin requiere de un regulador que se una al sistema detal forma, que pueda ajustar la velocidad del motor con precisin para alcanzar los requerimientos de

Figura 4. Puertos Internos de Inyeccin

Operacin segura a bajas temperaturas de evaporacin

Inyeccin en medio del proceso de compresin

No genera prdida de capacidad

Incrementa la capacidad y mejora la eficiencia

Puntos de Inyeccin

Espiral

Fija

Espiral

Mvil


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capacidad (demanda del sistema), puesto que la capacidad es directamente proporcional a la veloci-dad del motor. Tambin se necesitan otras modificaciones en el compresor scroll: una es aumentar oreforzar la conformidad radial para permitir que la estructura del scroll se ajuste a las diferentes velo-

cidades del motor manteniendo el sellado requerido; otra es una bomba de aceite para mantener lalubricacin apropiada de los bujes o rodamientos y las superficies en contacto, y finalmente en con-junto con la anterior, un sistema de lubricacin mejorado para acrecentar el flujo y el retorno internode aceite.

La modulacin mecnica se lograr separando el scroll fijo y el orbitante en direccin axial. Esto gene-ra un patrn de fuga que disminuye la capacidad del compresor, la disminucin de capacidad es pro-porcional a la duracin de la separacin. Esta separacin se logra fsicamente con el uso de un pis-tn de elevacin dentro de una tapa sobre el puerto de descarga (alta presin). La tapa tiene un vo-lumen adicional que acta como la cmara de un pistn, por lo queda una pequea distancia entre elpistn y el tope de su cmara. Bajo circunstancias normales, la presin por encima y por debajo delpistn se iguala usando un pequeo pasadizo en el propio pistn. Sin embargo, cuando se requieremodulacin de capacidad, hay una gran liberacin de presin fuera del tubo que se localiza sobre elrea del pistn y se fuga a la lnea de succin que se abre a travs de una vlvula solenoide. A me-dida que la presin sobre el pistn disminuye, el pistn es empujado hacia arriba a la cmara exten-dida, esta accin levanta el scroll fijo causando la separacin y la consecuente fuga, y adems redu-ciendo el flujo de masa y la capacidad.

El mtodo de succin variable es similar en concepto al esquema de modulacin mecnica. En estecaso, sin embargo, en lugar de crear una separacin forzada entre las espirales para disminuir elflujo de masa y la capacidad, la masa de succin inicial se disminuye liberando o dando salida a unporcentaje del gas del bolsillo inicial de succin. Esta liberacin es controlada por una vlvula de so-lenoide y un pasadizo que va hacia el bolsillo de succin. El efecto global de la eliminacin de unporcentaje del gas del bolsillo inicial de succin es una reduccin en la capacidad.

7. DIFERENCIAS DE DISEO EN EL SCROLL PARA REFRIGERACIN Y PARA AIRE ACONDI-CIONADO

Debido a que los scroll de refrigeracin operan sobre un ms amplio rango de temperaturas y rela-ciones de compresin, existen algunas diferencias de diseo entre un scroll de refrigeracin y uno deaire acondicionado. La temperatura de descarga no es el nico problema que se puede encontrar abajas temperaturas de evaporacin y a elevadas temperaturas de condensacin. Tambin hay rela-ciones de presin significativamente ms altas, las cuales pueden causar un aumento del estrs so-bre los elementos del scroll. Estos aumentos de la proporcin de compresin tambin pueden afectarel puerto de descarga, generando un flujo de retorno hacia el scroll que puede afectar el consumo deenerga significativamente, ya que produce la recompresin de una porcin del gas de descarga.

Una de las modificaciones incorporadas al scroll de refrigeracin es el mecanizado especial paraelevadas relaciones de compresin (HCR). El mecanizado especial genera un fuerte incremento dela fuerza e incluso una reduccin en el volumen final de descarga, lo que provoca un aumento en larelacin de volumen e inherentemente en la relacin de compresin. Vea la Figura 5.


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Fixed

Scroll

Orbiting

Scroll

Special HCR Internal Geometry

Figure 5. High Compression Ratio Scroll Form

Figure 6. Dynamic Discharge Valve

Improves Efficiency

Has a Lower PressureDifference Than

Reciprocating Type Discharge

Valve

Malfunction Does Not Stop

Compressor Operation

Otra modificacin es el uso de una vlvula dinmica de descarga para controlar el reflujo. Esta vlvu-la se disea para reducir el reflujo sin crear restricciones u obstrucciones adicionales en la va y secombina con un puerto de dimensiones reducidas para las condiciones de bajas temperaturas deevaporacin y el flujo de baja masa resultante. Vea la Figura 6.

Adicionalmente, tal y como se discuti anteriormente, el uso de los esquemas de inyeccin de vapory de inyeccin de lquido normalmente se usan para aumentar el rango de operacin. La inyeccinde vapor y de la inyeccin de lquido tambin crean la necesidad de usar conexiones externas, tube-ra interna adicional y puertos de inyeccin.

Figura 5. Mecanizado para Altas Relaciones de Compresin

ScrollFijo

ScrollMvil

Geometra Especial ParaRelaciones Elevadas de Compr esin

Figura 6. Vlvula de Descarga Dinmica

Mejora la eficiencia

Menor diferencia de presin que lavlvula reciprocante

Su mal funcionamiento no para laoperacin del compresor


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8. RENDIMIENTO Y NIVEL DE RUIDO

Existen dos mtodos para entender las comparaciones de rendimiento entre compresores: eficiencia

volumtrica y eficiencia isoentrpica. Las definiciones se detallan a continuacin:Eficiencia Volumtrica = volumen del flujo de succin que entra (2)

Desplazamiento del compresor

Eficiencia Isoentrpica = potencia ideal aplicada para comprimir el gas (3)Potencia elctrica aplicada

Los compresores scroll tienen una ventaja inherente de un 5 a un 10% de rendimiento por encima delos compresores rotativos a pistn. Esto se manifiesta en una reduccin de las fugas de gas y de lasprdidas de flujo. Un compresor scroll en general tiene casi cero fugas de gas, comparado con unamquina rotativa con holgaduras fijas de operacin. Adems, para un compresor rotativo estas hol-gaduras aumentarn con el tiempo, a medida que sus componentes se desgastan. Los compresoresscroll mantienen su capacidad de sellado durante el funcionamiento normal, ya que las partes apare-jadas se desgastan juntas en su encastre, es decir, se acoplan entre ellas con el uso. Para los com-presores scroll de aire acondicionado, las prdidas de fluido tambin se reducen, debido a la ausen-cia de vlvulas en la succin y en la descarga. En los compresores scroll de refrigeracin, el uso deuna vlvula para relaciones de compresin por encima de 5 tambin manifiesta una mejora significa-tiva en la eficiencia volumtrica, la cual compensa las prdidas inherentes de fluido asociadas a lavlvula. Otro efecto de la vlvula de descarga y el puerto menor es la disminucin de la recompre-sin de gas, lo que produce un menor intercambio de calor entre el gas de la descarga y de la suc-cin, ayudando a crear una curva plana de eficiencia volumtrica.

Los compresores scroll tambin experimentan mayores cargas en los rodamientos que los compre-sores rotativos, generalmente en el orden de 15 a 30%. Existe incluso un incremento de las cargasde friccin relativas con respecto a un compresor rotativo, debido al contacto entre las espirales delscroll y el empuje axial. En conjunto, esto conduce a una prdida superior por friccin en el orden del1 al 2% .

Los compresores scroll funcionan generalmente mejor en aplicaciones de refrigeracin que algunoscompresores semihermticos. Sin embargo, el rendimiento del compresor scroll puede presentarseen desventaja en relacin al compresor semihermtico de alta eficiencia. A elevadas relaciones depresin el compresor semihermtico a pistn es mejor. La inyeccin de vapor puede usarse para me-jorar el compresor scroll y el rendimiento del sistema, al proporcionar al lquido mayor subenfriamien-to. Esta mejora del rendimiento puede igualar generalmente la elevada eficiencia de los compresoressemihermticos en las mismas condiciones de operacin. A ms bajas temperatura de condensa-cin, las ventajas inherentes de las bajas fugas de gas y prdidas de fluido permiten al scroll desem-pearse mejor hasta que el compresor semihermtico de alta eficiencia.

Para las aplicaciones de aire acondicionado, los compresores scroll ofrecen algunas ventajas intrn-secas, al reducir los niveles de ruido y vibracin. Con la ausencia de vlvulas dinmicas y un procesode flujo casi continuo, hay una contribucin mnima de las pulsaciones de gas al ruido del compresor.En los compresores rotativos, grandes pulsaciones de gas dan contra la carcaza, lo cual irradia ruido

adicional. En los compresores scroll, la mayor contribucin de sonido es el contacto mecnico entrelos elementos. El nivel de sonido de un compresor rotativo y uno scroll del mismo tamao es compa-rable. Sin embargo, un compresor scroll a menudo puede ser de 3 a 8 dBA ms silencioso que uncompresor semihermtico.

Para los compresores scroll de refrigeracin la situacin es algo diferente, ya que existen ambosefectos, el del ruido mecnico y el del ruido de gas generado por la vlvula y el puerto. A menudo elruido de gas se reduce internamente con el uso de un silenciador especialmente diseado.


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La vibracin asociada a un compresor scroll es generalmente muy baja. El proceso de flujo continuobaja significativamente la vibracin de torsin experimentada por el compresor. Combinando estavibracin de baja torsin con el uso de contrapesos dinmicamente balanceados que compensan la

rotacin interna de los elementos, se pueden alcanzar niveles de vibracin estables de menos de las50 micrones.

9. CONSIDERACIONES DE APLICACIN

Tal como se estableci previamente, los compresores scroll son ampliamente utilizados en aireacondicionado y refrigeracin. Aunque no es la intencin de este documento considerar todas lasposibles aplicaciones, hay ciertos lineamientos importantes a considerar cuando se disea un siste-ma.

Como proteccin de temperatura, generalmente se recomienda usar un termostato de lnea de des-carga que detenga el compresor si la temperatura de descarga sobrepasa ciertos lmites. Algunosmodelos de compresor traen un dispositivo interno de temperatura de descarga de manera estndar.

Generalmente los compresores scroll son fabricados con proteccin interna del motor o con un m-dulo de proteccin de control externo. Los mdulos de control externos normalmente actan en basea la variacin de la resistencia de una cadena de termistores localizada en el motor, la cual puedeestar en serie o en paralelo.

Los estndares de regulacin de seguridad locales generalmente exigen control y corte por alta pre-sin. En EE.UU., Underwriter Laboratories (UL) requiere el corte mecnico por alta presin.

Los compresores scroll tambin pueden tener aplicacin en una variedad de unidades de mltiplescompresores, como los tndem y los sistemas paralelos. Una consideracin importante a tener encuenta, cuando se usan compresores scroll en estos tipos de aplicaciones, es el sistema de lubrica-cin. Los diseos tpicos en tndem incluyen tubos de ecualizacin de aceite para mantener los nive-les de aceite apropiados. Para las aplicaciones de sistemas paralelos, se usan generalmente disposi-tivos electrnicos de control del nivel de aceite. En ambos casos, ciertas consideraciones de diseodel sistema, como el tamao del separador de aceite, recipientes de aceite, vlvulas de corte del flujode aceite de retorno cuando el compresor no est operando, entre otras, pueden proporcionar pro-teccin extra y vida adicional a los compresores instalados, aumentando as la vida del sistema.

Una consideracin adicional en el diseo de sistemas es la manipulacin de impurezas y humedadque puede mejorar significativamente la vida del sistema y del compresor.

10. FUTURO DEL SCROLL Y DE LOS REFRIGERANTES ALTERNATIVOS

Basados en el xito del compresor scroll durante la ltima dcada, el futuro de este tipo de compre-sor en todos sus tamaos es en extremo brillante. El rendimiento del scroll y su bajo nivel de ruidohan demostrado que l es claramente superior a otras tecnologas en aire acondicionado y, con al-gunas mejoras de eficiencia adicionales, tambin en refrigeracin. El scroll es comparable a loscompresores semihermticos de alta eficiencia de hoy.

Los compresores scroll ofrecen una amplia variedad de opciones en la modulacin de capacidad yen esquemas mejorados de inyeccin de vapor, que pueden proporcionar un incremento en la efi-ciencia del compresor y del sistema. Esto es cada vez ms importante para cumplir con los requeri-mientos futuros de conservacin de energa y las obligaciones globales para reducir las emisiones deanhdrido carbnico. Adicionalmente, la tecnologa scroll ofrece la mejor opcin para disear y fabri-car en el futuro compresores ms silenciosos y confiables.

Una ventaja adicional para los compresores scroll en el futuro es el uso creciente de R-410A. Elscroll se ajusta naturalmente a este tipo de refrigerante. Los compresores scroll poseen una mayoreficiencia isoentrpica con R-410A y son ms silenciosos. Incluso comparados con los compresores


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alternativos a pistn con R-22 actuales, resultan ser ms silenciosos hoy; los compresores recipro-cantes equivalentes demuestran ser entre 6-8 dBA ms ruidosos. Los compresores scroll especfi-camente diseados para el refrigerante R-410A estn demostrando ser tan confiables como los

compresores scroll de hoy en da.

BIBLIOGRAFA:

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