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Compresores utilizados en la refrigeración doméstica. Calidad y fiabilidad

February 22, 2013 por Maria Jose   Comentarios (0)

    1. Resumen
    2. Introducción
    3. Materiales y métodos
    4. Resultados y discusión
    5. Referencias

    Resumen

    El interés del trabajo se enmarca en los compresores empleados fundamentalmente en refrigeradores domésticos, como uno de los aparatos principales de una instalación frigorífica para esos fines de aplicación. El objetivo de este trabajo es estudiar el comportamiento de la capacidad frigorífica de los compresores herméticos en diferentes regímenes de funcionamiento de clima tropical, que pueden afectar a la calidad, y el correcto funcionamiento del equipo en su conjunto.

    Los resultados muestran que el comportamiento de los compresores herméticos en las condiciones estudiadas de explotación difiere significativamente de las que propone el fabricante para un funcionamiento efectivo, ya que se evidencia, mediante evaluaciones experimentales, la pérdida de capacidad frigorífica por encima de los valores admitidos.

    De manera, que aún 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.

    Palabras claves refrigeración doméstica, compresores herméticos, análisis termodinámico, capacidad frigorífica, calidad, fiabilidad.

    Abstract — These instructions give you guidelines for preparing papers for the 4th Electro Mechanic and Systems Engineering International Congress (4CIIES). Use this document as a template if you are using Microsoft Word 6.0 or later. Otherwise, use this document as an instruction set. Be careful, because the electronic file of your paper will appear at the Congress’ Memories as you finally presented it. Define all symbols used in the abstract. Do not cite references in the abstract. Do not delete the blank line immediately above the abstract; it sets the footnote at the bottom of this column.

    Key words — About five to ten key words or phrases in alphabetical order, separated by commas.

    1. Desde hace más de cincuenta años el desarrollo de la industria alimentaria cobró gran auge debido al desarrollo de la refrigeración, y ha alcanzado niveles tales que más del 45 % de la producción mundial de alimentos se perdería si no fuera por la conservación y distribución en frío [1], [2].

      En un contexto así, la calidad de los equipos de refrigeración, constituye un elemento fundamental, pues calidad significa satisfacer necesidades y expectativas de los clientes. Pero también supone reducir costos y mejorar continuamente los procesos, ajustándolos permanentemente a las exigencias de la sociedad. Es por tanto eficacia. Y es eficiencia.

      El consumo energético de todas las instalaciones de refrigeración representa un porcentaje del total no despreciable, por lo que se hace indispensable contar con equipos confiables de bajo consumo energético y prolongada vida útil. Si nos centramos en los compresores aplicados principalmente en refrigeradores domésticos, como uno de los elementos principales de esa instalación frigorífica, los nuevos compresores racionales que se construyen [3], [4], deben presentar un equilibrio óptimo en tres apartados claramente diferenciados: medio ambiente, rendimiento y seguridad.

      La refrigeración presenta también sus propias exigencias tecnológicas y de calidad [5], que tienen que evaluarse y analizarse debidamente en el momento de realizar la evaluación de cualquier equipo o sistema de refrigeración.

      El cumplimiento de estas normas de calidad establecidas para cada equipo, así como el uso adecuado de la refrigeración en consecuencia con los parámetros de funcionamiento para las condiciones de explotación para las cuales fueron diseñados, juega un papel primordial a la hora de valorar la calidad.

      La alteración en los valores de temperatura de refrigeración, tanto en temperaturas positivas como en negativas, para la conservación de los alimentos, y sus efectos sobre la evolución de las características físico-químicas de los mismos, viene estudiándose en diversas investigaciones en el área de tecnología de alimentos. En los últimos años y en algunas regiones de clima tropical, se ha detectado un elevado número de refrigeradores domésticos con alteraciones en su funcionamiento, lo que constituye un problema en dos vertientes, por un lado porque puede incidir en la alteración de calidad de los productos conservados y, por otro lado porque puede incidir en el tiempo de vida de la máquina de frío. En particular, en una región tropical como la cubana, las causas de que refrigeradores domésticos queden fuera de uso por rotura del compresor, se encuentran fundamentalmente relacionadas con la diferencia existente entre las condiciones para las que fue diseñado el equipo y las reales de explotación [6].

      De acuerdo con lo anterior, se presentan situaciones ambientales que pueden afectar a la vida útil del equipo, y consecuentemente al correcto funcionamiento del conjunto, como instalación frigorífica de refrigeración doméstica. En el presente trabajo se estudia el comportamiento de compresores herméticos en diferentes condiciones de explotación que incluyan valores que reproduzcan precisamente ese conjunto de condiciones ambientales que son habituales en regiones geográficas tropicalizadas. En particular se trata del análisis termodinámico de la capacidad frigorífica.

    2. INTRODUCCIÓN



    1. 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 y se clasifican de acuerdo con la presión correspondiente a la gama de temperaturas de evaporación en la cual el compresor funciona [7]. 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 utilizan en los apartados posteriores de este trabajo, los compresores herméticos aplicados a refrigeradores domésticos por ser los más conocidos y de situación más crítica en las situaciones comentadas anteriormente.

      ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) ha venido estableciendo desde el año 1953 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 decidieran establecer las suyas, conocidas 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 simple con ambas condiciones.

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      Fig.1. Ciclo de refrigeración simple con y sin subenfriamiento

      La manera más rápida de caracterizar un compresor es mediante las tablas y curvas de características de funcionamiento que aportan los fabricantes, que no solo presentan las capacidades y las condiciones de evaluación, sino que corrientemente, dan la capacidad y potencia para una variedad de temperatura de evaporación y condensación.

      Pero hay que decir que éstas solo constituyen un promedio de la evaluación en calorímetro. Investigaciones recientes [8], muestran cómo la capacidad frigorífica dada por el catálogo de algunos fabricantes es superior a la real.

      La evidencia fue demostrada a través de la información de los catálogos, el cálculo y la experimentación y los conceptos existentes entre el recalentamiento útil y recalentamiento total. El recalentamiento total está formado por el producto en la línea de aspiración y el producido en el evaporador (denominado recalentamiento útil), siendo este último el único que contribuye a aumentar la capacidad frigorífica útil. Véase Figura 2.

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      Fig. 2. Recalentamiento útil y recalentamiento en la línea de aspiración

      Actualmente, 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. En cuanto a los parámetros normativos del tercer grupo, 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 [9], entre otros, ha expresado la importancia de dichos factores, ya que de ellos depende en gran medida el óptimo funcionamiento de este tipo de equipo.

      A partir de los elementos que intervienen en el proceso termodinámico de compresión [6], ha analizado 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. La metodología que ha seguido es el establecimiento de nuevas condiciones de ensayo validadas experimentalmente, para el control de la fiabilidad.

      Hemos determinado en nuestro estudio la capacidad frigorífica, (image), porque siendo uno de los factores que determinan el comportamiento de los compresores herméticos, también es el que está directamente relacionado con el calor transmitido desde el producto en una máquina frigorífica que se emplee para refrigeración o conservación de alimentos.

      La capacidad frigorífica, (image), representa el calor transferido desde el espacio refrigerado al refrigerante, a su paso por el evaporador. Para el volumen de control que incluye el evaporador, los balances de masa y energía dan el calor transferido por unidad de masa de refrigerante donde image es el flujo másico de refrigerante. Esto es:

      image

      Mediante ensayos calorimétricos se tomaron lecturas de los siguientes parámetros: temperatura ambiente, condensación, evaporación, succión, carcasa y descarga del compresor, la intensidad de corriente, tensión eléctrica y frecuencia programada. Para la ejecución del ensayo se empleó el fluido refrigerante recomendado por el fabricante del compresor. Las condiciones de ensayos ASHRAE y CECOMAF se aplicaron a los compresores en un orden preestablecido, lo mismo que las condiciones de evaluación propuestas a temperaturas ambientes 35 y 38 ° C. (Cuba 1 y Cuba 2). El método de ensayo se realizó con un Calorímetro a fluido secundario en un laboratorio acreditado (DANFOSS, México, 2003). La capacidad frigorífica Q0 se determinó de forma indirecta ya que existe dependencia funcional con los parámetros que se miden directamente.

      En la actualidad la calidad se alcanza con base en la satisfacción de las necesidades de los clientes así como de sus expectativas, con productos y servicios competitivos. La calidad consolida la confianza del cliente asegurando su fidelidad, ya que en algunos productos se hace obligatorio el cumplimiento de las normas establecidas para la calidad [10].

    2. Materiales y métodos

    3. Resultados y discusión

    En la evaluación del banco de pruebas calorimétrica a temperaturas ambientes superiores de 35 y 38 ºC (condiciones reales de explotación), que fueron determinadas en evaluaciones de campo y a partir de los datos suministrados por el Instituto de Meteorología de Cuba, se obtuvieron reducciones apreciables de la capacidad frigorífica en los tres tipos de compresores estudiados, tipo I, tipo II y tipo III. Para el análisis de los resultados del ensayo calorimétrico se estableció como referencia el valor resultante de los parámetros de la prueba para las condiciones de diseño.

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    Fig. 3. Comportamiento de la capacidad frigorífica en condiciones ASHRAE, CECOMAF y PROPUESTAS con 115 V / 60 Hz

    La Figura 3 representa el porciento de pérdida de capacidad frigorífica en la evaluación de Cuba 1 (35 ºC) y Cuba 2 (38 ºC) con subenfriamiento y sin subenfriamiento. Se obtiene una pérdida máxima de capacidad frigorífica en Cuba 2, para el Tipo II, que alcanza 17,65 %. Es decir, que sólo el hecho de que la temperatura ambiente haya variado 6 ° C por encima del valor del ensayo que establece ASHRAE, ha sido suficiente para que se pierda 17,65 % de la capacidad frigorífica declarada por el fabricante. Para el compresor Tipo I, la pérdida es de 12,11 % y para el Tipo III de 7,51 %.

    La diferencia entre tipos, se atribuye a los detalles que distinguen la calidad de su construcción, tales como reducción de espacio muerto, disposición y sistema de válvulas, perfecto ajuste, solidez de construcción y eficaz sistema de lubricación. Ahora bien, a pesar de las diferencias de pérdidas de capacidad por tipos de compresores es evidente que en todos los casos dichas pérdidas son superiores cuando se varía la temperatura ambiente.

    La diferencia entre el comportamiento de los compresores en la capacidad frigorífica, puede atribuirse al diseño, materiales utilizados y características constructivas que utiliza cada fabricante, cuestión que debe considerarse debido a su influencia en los resultados finales.

    Como valoración final, si hacemos referencia al equipo en su conjunto (refrigerador, congeladores, etc.), puede además inferirse que las pérdidas obtenidas se harían mayores debido al hecho práctico de que los compresores funcionarán en refrigeradores generalmente con determinado nivel de uso, lo que presupone condiciones de explotación mucho más adversas que las simuladas en las pruebas provocando el incremento de los consumos energéticos y en consecuencia la disminución del tan necesario ahorro energético.

    Referencias

    1. Aguiló, R. 1996. "Importancia de la utilización de la refrigeración y el uso racional del recurso energético". Refrigeración Frial. España. Num. 40.
    2. Pistono, J. 1996. "La refrigeración: antecedentes históricos". Refrigeración Frial. España, 1996. núm. 38
    3. EMBRACO. Empresa Brasileña de Compresores. S. A. R 134 A. Septiembre 2002 Información técnica. Brasil.
    4. Robledo, A. 1997. "La seguridad, factor clave en el desarrollo y la selección de alternativas a los CFCs". Revista Refrigeración Frial. España. Núm. 43
    5. PECOMARX. 2000. Maquinarias elementos y accesorios para instalaciones frigoríficas y acondicionamiento de aire. Num. 037. Septiembre.
    6. Arencibia, K. 2004. Tesis Doctoral. Facultad de Ingeniería Mecánica. Universidad de Holguín. Cuba
    7. UNE 86-202-84 (ISO 917). Diciembre 2000. Ensayos de compresores para fluidos refrigerantes. España.
    8. Monserrat Jordá J.; Ruiz Mansilla, R. 2001. "Compresores". España: ETSEIB. UPC. Departamento de máquinas y motores térmicos. 56 p
    9. Alarcón, J. 1992. Tratado práctico de refrigeración automática. Editorial Marcombo, S. A. Barcelona. 422 p
    10. Rodríguez, Y. 2003. Procedimientos para la mejora de la calidad. Facultad de Ingeniería Industrial. Universidad de Holguín. Cuba. 123 p.
    11. Crosby, Philip B. 1992. La Calidad no cuesta: El arte de cerciorarse de la Calidad. Ed. CECSA. México. 238 p.
    12. DANFOSS. 2002. Instrucción de trabajo MXCI – 10 – 39.
    13. Ignatiev, E. 1992. La influencia de las válvulas en la eficiencia del compresor. Memoria Conferencia Internacional de Compresores. Universidad Purdue. USA. Vol. 1. Pág. 175-185

     

     

     

    Autor:

    Rodríguez, Y,

    Universidad de Holguín, Holguín, Cuba.

    yaquelin[arroba]facii.uho.edu.cu

    Arencibia, K,

    Universidad de Holguín, Holguín, Cuba.

    kaa[arroba]facing.uho.edu.cu

    Vite, M,

    Instituto Politécnico Nacional de México, D.F.

    drmanuelvite9[arroba]hotmail.com



    Podeis encontrar el original en http://www.monografias.com/trabajos42/compresores-refrigeracion/compresores-refrigeracion.shtml

    Páginas: [1] - [2]

    (obligatorio)