Obtención e interpretación de las curvas

Cada compresor tiene un alcance de validez distinto, así la relación de compresión máxima que se alcanza en cada uno de ellos, es distinta.

4.3.2.1 Gráficas ƞE=f(rc)

(a)

(c)

Figura 4.15: Gráficas que representan ƞE en función de la relación de compresión: (a) pistón 8GE, (b) tornillos HSK6461,(c)”Scroll” ELH736Y

Se puede ver que cada gráfica está compuesta de un conjunto de curvas, cada curva corresponde a una misma temperatura de condensación. En las tres gráficas, se observa que el rendimiento energético aumenta con un crecimiento de la relación de compresión hasta que llega a su máximo y después disminuye. El máximo de este rendimiento energético vale, más o menos, 0,73 para el compresor de “Scroll”, 0,68 para el de tornillos y 0,65 para el de pistones. Estos máximos son alcanzados para una relación de compresión valiendo 3 y 3,5-4 para los compresores de “Scroll” y de tornillos respectivamente, mientras que el máximo del rendimiento energético del compresor de pistones es alcanzado para una relación de compresión de 7.

Se nota que cuanto menor es la temperatura de condensación, menor el rendimiento energético. Además, para una relación de compresión dada, al cambiar la temperatura de condensación los valores del rendimiento energético varían poco para el compresor de tornillos, varían moderadamente para el compresor de “Scroll” pero varían mucho más con el compresor de pistones. Las curvas de los compresores de “Scroll” y de tornillos tienen un aspecto más compacto que las del compresor de pistones que se dispersan según la temperatura de condensación.

Estas diferencias se pueden justificar por las tecnologías intrínsecas de cada compresor. En efecto, los compresores de tornillos y de “Scroll” están compuestos de un elemento girando (el tornillo o la espiral móvil) y efectuando el mismo movimiento en permanencia mientras que el pistón sufre de un movimiento alternativo abriendo y cerrando de manera alternativa las válvulas de admisión y descarga.

4.3.2.2 Gráficas ƞv=f(rc)

(a)

(b)

(c)

Figura 4.16: Gráficas que representan ƞv en función de la relación de compresión: (a) pistón 8GE, (b) tornillos HSK6461,(c)”Scroll” ELH736Y

Como en la descripción anterior, cada curva corresponde a una misma temperatura de condensación. Se puede ver que estas curvas son rectas, con una pendiente negativa.

Primero, para el compresor de “Scroll”, no hay que tener en cuenta las relaciones de compresión cuyo rendimiento volumétrico supera 1. No es físicamente posible, se justifica con las incertidumbres de los polinomios proporcionado por BITZER aunque se respeten los alcances de validez y los límites de funcionamiento del compresor.

Entonces, tras estas consideraciones, se observa que el rendimiento volumétrico del compresor de pistones vale 0,9 para una relación de compresión de 2 y baja según una recta hasta 0,56 para una relación de compresión de 11, sufriendo una disminución de casi 40%. Mientras que para el compresor de “Scroll”, el rendimiento volumétrico disminuye progresivamente desde 1 con una relación de compresión igual a 2 hasta 0,92 y una r_c igual a 8, es decir una disminución de menos de 10%; y en el caso del compresor de tornillos, el rendimiento disminuye moderadamente de 0,96 con una relación de compresión igual a 2 hasta 0,8 y una r_c igual a 10 (diminución de 15%).

Se constata que los rendimientos volumétricos de los compresores de “Scroll”, de pistones y de tornillos están cercanos para relaciones de compresión bajas (entre 2 y 4), pero el rendimiento del compresor de pistones baja drásticamente cuando la relación de compresión aumenta, aunque el rendimiento de los otros dos sigue alto.

Como ya se ha dicho en el apartado anterior, esta diferencia entre los rendimientos de los compresores de “Scroll” y de “tornillos” y el rendimiento del compresor de pistones se puede justificar por las diferencias entre las tecnologías de los compresores de tornillos y de “Scroll”, y las de los compresores de pistón. En efecto, los compresores de tornillos y de “Scroll” funcionan con el principio de descarga directa, sufren fugas a altas relaciones de compresión, pero estas fugas son restringidas, no superan 15%. La descarga del refrigerante en un compresor de pistón es alternativa, esta fase se está operando sin rellenar el pistón al mismo tiempo que él está vaciándose, lo que hace bajar el rendimiento volumétrico con un aumento de la relación de compresión. Además, las limitaciones tecnológicas del pistón podrían ser otras causas de la disminución del rendimiento volumétrico con el aumento de la relación de compresión. En efecto, a alta relación de compresión, la falta de estanqueidad de las válvulas y la falta de estanqueidad de los aros del pistón pueden involucrar fugas importantes, lo que hace caer bruscamente el rendimiento volumétrico. Se observa también que para los compresores de pistones y de “Scroll”, el rendimiento volumétrico no varía mucho al variar la temperatura de condensación. Las curvas del compresor de pistones forman casi una única recta (usando la herramienta “Linear Regression”, se obtiene la regresión lineal siguiente: ƞ_{V_b}=0,94 - 0,033*rc con R2=99,54%), entonces su dependencia frente a la temperatura de condensación es casi nula, y las rectas del compresor de “Scroll” están muy pegadas, su dependencia es limitada igualmente. Sin embargo, para el compresor de tornillos, hay que considerar esta dependencia frente a la temperatura de condensación.

4.3.2.3 Gráficas ƞv, ƞE =f(Qfb)

(a)

(b)

(c)

Figura 4.17: Gráficas que representan ƞv y ƞE en función de la potencia frigorífica: (a) pistón 8GE, (b) tornillos HSK6461,(c)”Scroll” ELH736Y

Como ya se ha dicho en la descripción anterior, cada curva corresponde a una misma temperatura de condensación, y no consideramos los datos del compresor de “Scroll” cuyo rendimiento volumétrico supera uno.

Se observa que, por su diseño y su tipo, la potencia frigorífica óptima del compresor de pistones es superior a la del de tornillos, y este mismo compresor de tornillos tiene una potencia frigorífica máxima más grande que la del compresor de “Scroll”.

Se nota que las curvas de estos tres compresores tienen una misma tendencia general de variación. Los rendimientos energéticos aumentan con el aumento de la potencia frigorífica, alcanzan un máximo alrededor de su potencia frigorífica nominal y después disminuyen. Esta disminución es importante para los compresores de “Scroll” y de pistones. El compresor de tornillos, una vez que ha alcanzado su óptimo, consigue mantener su rendimiento constante con el aumento de la potencia frigorífica.

Otra tendencia general de estos tres tipos de compresores es el aumento del rendimiento volumétrico con el crecimiento de la potencia frigorífica. En efecto, una potencia frigorífica grande es equivalente a un salto entálpico alto en el evaporador y bajo en el compresor, y entonces a una relación de compresión baja. Ya se ha visto que el rendimiento volumétrico aumenta con una disminución de r_c, y entonces aumenta con un aumento de la potencia frigorífica.

Además, para una potencia frigorífica dada, se observa que un aumento de la temperatura de condensación lleva a una disminución generalizada del rendimiento volumétrico para cada tipo de compresor. Sin embargo, no hay una variación generalizada del rendimiento energético de los compresores con un aumento de la temperatura de condensación. En efecto, al aumentar la temperatura de condensación, el rendimiento energético aumenta para el compresor de pistones pero baja para el compresor de tornillos. El compresor de “Scroll” no tiene una dependencia frente a la potencia frigorífica. Si la potencia frigorífica es baja (inferior a 25kW para un compresor de “scroll”), el rendimiento energético disminuye con un aumento de la temperatura de condensación, pero frente a potencias frigoríficas altas, este mismo rendimiento aumenta con el aumento de esta temperatura.

Se puede hacer una última observación, en estos gráficos para la potencia frigorífica nominal de cada compresor, se obtienen rendimientos energéticos y volumétricos ambos altos y no únicamente uno muy alto mientras que el otro es bajo:

- Para el compresor de pistones 8GE:

Potencia frigorífica nominal Qf nom = 51,6 kW, ƞv=0,75, ƞE =0,64.

- Para el compresor de tornillos HSK6461:

Potencia frigorífica nominal Q_f nom = 54,9 kW, ƞ_v=0,92,ƞ_E =0,59. - Para el compresor de “Scroll” ELH736:

Potencia frigorífica nominal Q_f nom = 12,26 kW, ƞ_v=0,94,ƞ_E=0,57.

Mediante el estudio de estas gráficas, se ha podido analizar y comprobar el comportamiento de estos tres tipos de compresores frente a diferentes condiciones de trabajo, ya sea a alta o baja relación de compresión, a alta o baja potencia frigorífica, a altas o bajas temperaturas de evaporación o condensación. En cada situación, se conocen los rendimientos volumétricos y energéticos de un compresor y se puede determinar si este compresor está funcionando de manera óptima. Estos tres compresores sólo son una muestra del estudio que se va a desarrollar en el próximo capítulo.