¿Alguna vez ha experimentado una situación en la que un sistema de refrigeración ya no podía alcanzar su temperatura anterior después de cambiar el refrigerante, a pesar de que el compresor seguía siendo el mismo?
¿O ha notado que dos compresores con la misma potencia o cilindrada pueden tener diferentes capacidades de enfriamiento?
¿Por qué sucede esto?
La respuesta está estrechamente relacionada con la capacidad de enfriamiento, las propiedades del refrigerante y las condiciones de operación del compresor. Para comprender estas diferencias, primero debemos distinguir tres especificaciones importantes del compresor: potencia, cilindrada y capacidad de enfriamiento.
Estas tres especificaciones describen diferentes características de un compresor de refrigeración.
| Parámetro | Significado |
|---|---|
| Potencia (HP) | Indica la potencia nominal del motor del compresor |
| Cilindrada (m³/h) | El volumen teórico de vapor refrigerante desplazado por el compresor por hora |
| Capacidad de enfriamiento (kW) | La cantidad de calor eliminada por el sistema de refrigeración por unidad de tiempo en condiciones especificadas |
Entre estos tres parámetros, la capacidad de enfriamiento es el indicador más importante al evaluar si un compresor puede cumplir con los requisitos de enfriamiento de un sistema de refrigeración.
La capacidad de enfriamiento depende de la cantidad de refrigerante que circula por el sistema y de la cantidad de calor que absorbe cada kilogramo de refrigerante en el evaporador.
Esto significa que, incluso cuando la potencia y la cilindrada se mantienen sin cambios, la capacidad de enfriamiento puede variar según el refrigerante y las condiciones de operación.
Varios factores influyen directamente en la capacidad de enfriamiento de un compresor de refrigeración.
Temperatura de evaporación
Cuando la temperatura de evaporación disminuye, la presión de succión y la densidad del vapor refrigerante generalmente disminuyen. Esto reduce el caudal másico de refrigerante y, en consecuencia, la capacidad de enfriamiento del compresor.
Temperatura de condensación
Una temperatura de condensación más alta aumenta la relación de presión de compresión. Esto generalmente reduce la capacidad de enfriamiento y aumenta la potencia requerida para la compresión.
Tipo de refrigerante
Los diferentes refrigerantes tienen diferentes densidades de vapor y propiedades termodinámicas. Como resultado, el mismo compresor puede entregar diferentes capacidades de enfriamiento cuando opera con diferentes refrigerantes aprobados.
Diseño y eficiencia del compresor
El diseño interno, la eficiencia volumétrica, las pérdidas de válvula y las fugas internas también afectan el caudal másico real de refrigerante. Por lo tanto, los compresores con valores de cilindrada similares aún pueden tener diferentes capacidades de enfriamiento.
Los siguientes ejemplos ilustran cómo las condiciones de operación y la selección del refrigerante afectan el rendimiento del compresor.
Tomemos como ejemplo el compresor scroll Danfoss SZ090-4VI.
Según los datos de rendimiento publicados por Danfoss, este compresor entrega las siguientes capacidades de enfriamiento con R407C a diferentes temperaturas de operación.
| Temperatura de evaporación | Temperatura de condensación | Capacidad de enfriamiento |
|---|---|---|
| 0°C | 35°C | 19.30 kW |
| 0°C | 55°C | 15.00 kW |
| -5°C | 35°C | 15.60 kW |
Condiciones: R407C, 50 Hz, 11.1 K de sobrecalentamiento del gas de succión y 8.3 K de subenfriamiento del líquido.
Cuando la temperatura de condensación aumenta de 35°C a 55°C, la capacidad de enfriamiento disminuye de 19.30 kW a 15.00 kW, una reducción de aproximadamente el 22%.
De manera similar, cuando la temperatura de evaporación disminuye de 0°C a -5°C a una temperatura de condensación constante de 35°C, la capacidad de enfriamiento disminuye a 15.60 kW.
El modelo del compresor, el motor y el refrigerante no han cambiado. Solo las temperaturas de operación son diferentes.
Esto explica por qué el mismo compresor puede tener un rendimiento diferente en sistemas que operan bajo diferentes condiciones de temperatura.
Cambiar el refrigerante también puede cambiar la capacidad de enfriamiento, incluso cuando el compresor y las temperaturas de operación permanecen iguales.
Tomemos como ejemplo el compresor scroll Copeland ZR72KCE-TFD-522.
Los datos de rendimiento publicados por Copeland proporcionan las siguientes capacidades de enfriamiento para este modelo de compresor con diferentes refrigerantes:
| Modelo de compresor | Refrigerante | Capacidad de enfriamiento |
|---|---|---|
| ZR72KCE-TFD-522 | R22 | 17.60 kW |
| ZR72KCE-TFD-522 | R407C | 14.75 kW |
| ZR72KCE-TFD-522 | R134a | 11.80 kW |
Condiciones: temperatura de evaporación de 5°C, temperatura de condensación de 50°C, sobrecalentamiento del gas de succión de 10 K, subenfriamiento del líquido de 0 K y 50 Hz.
Bajo estas condiciones de calificación idénticas:
R407C proporciona aproximadamente un 16% menos de capacidad de enfriamiento que R22.
R134a proporciona aproximadamente un 33% menos de capacidad de enfriamiento que R22.
La diferencia proviene de las propiedades termodinámicas de los refrigerantes, que afectan el caudal másico de refrigerante y la cantidad de calor absorbido durante la evaporación.
Estas comparaciones ayudan a explicar por qué un sistema de refrigeración puede no lograr su rendimiento de enfriamiento anterior después de un cambio de refrigerante.
Sin embargo, un cambio de refrigerante también debe tener en cuenta los refrigerantes aprobados del compresor, la compatibilidad del lubricante y la configuración del sistema. Las comparaciones de rendimiento publicadas no significan que los refrigerantes puedan intercambiarse directamente en un sistema existente.
Ya sea que reemplace un compresor o cambie el refrigerante en un sistema existente, la capacidad de enfriamiento debe evaluarse en las condiciones de operación previstas.
Los siguientes factores son particularmente importantes:
Compatibilidad del refrigerante: Confirme que el compresor y su aceite lubricante sean adecuados para el refrigerante previsto.
Capacidad de enfriamiento requerida: Compare el rendimiento del compresor a las temperaturas de evaporación y condensación reales del sistema, en lugar de depender solo de la potencia nominal.
Componentes del sistema: Verifique si el dispositivo de expansión, el evaporador y el condensador son adecuados para el refrigerante y la capacidad requerida.
Condiciones de operación: Verifique la carga de refrigerante, el sobrecalentamiento, el subenfriamiento, la frecuencia de operación y otros parámetros relevantes del sistema.
Un refrigerante con menor capacidad de enfriamiento en las mismas condiciones puede requerir cambios en el diseño del sistema o la selección del compresor para mantener el rendimiento original.
Si un sistema de refrigeración no puede alcanzar su temperatura anterior después de un cambio de refrigerante, el primer paso es verificar si el nuevo refrigerante proporciona suficiente capacidad de enfriamiento en las condiciones de operación reales del sistema.
Si la capacidad de enfriamiento es insuficiente, puede ser necesario un compresor con una capacidad nominal adecuada o modificaciones apropiadas del sistema.
Si la capacidad de enfriamiento esperada es adecuada, verifique la carga de refrigerante, el dispositivo de expansión, los intercambiadores de calor y las presiones de operación para identificar posibles problemas del sistema.
La clave es igualar el refrigerante, la capacidad de enfriamiento del compresor y las condiciones de operación del sistema, en lugar de depender únicamente de la potencia o la cilindrada.
