1.2.- Parámetros de un compresor alternativo.

Cilindrada y caudal desplazado

Es el volumen de gas que desplaza el pistón (o pistones si hay varios cilindros) en una revolución del eje. Suele expresarse en cm³, para lo que tanto D como l (longitud o carrera del recorrido del pistón) tendrán que estar expresados en cm en la expresión siguiente, en caso contrario, utilizaremos unidades del SI y el resultado final en m³ lo pasaremos a cm³ (multiplicando por 10⁶):

La cilindrada será:

En donde:

C: volumen de todos los cilindros del compresor (cm³)

s: área del pistón (cm²)

l: longitud máxima de recorrido del pistón, llamada carrera (cm)

N: número de cilindros

D: diámetro del pistón (cm)

El caudal movido, tanto volumétrico como másico, dependerá de la velocidad a la que gire el motor del compresor. Hay que tener en cuenta que, o bien la densidad específica o el volumen específico (que es la inversa de la densidad) nos lo dan en el diagrama de Mollier.

En donde, poniendo unidades del SI, tendremos (pueden ponerse otras unidades, pero hay de deducir las unidades del resultado):

q: caudal volumétrico del compesor (m³/s)

n: revoluciones por segundo (rps)

El caudal másico será:

En donde:

caudal másico (kg/s)

volumen específico (m³/kg)

Relación de compresión

La relación de compresión corresponde la razón geométrica resultante entre la presión absoluta de descarga (p_d) y la presión absoluta de succión (p_s) en el trabajo de compresión realizado por un compresor en un sistema frigorífico. Con cierta aproximación, se suele sustituir la presión de descarga por la presión de condensación del refrigerante, así como la presión de succión por la presión de evaporación del mismo. Al aumentar la relación de compresión disminuye el rendimiento volumétrico, por lo tanto, disminuye el rendimiento del compresor.

Rendimiento volumétrico

Como has visto anteriormente el pistón no recorre todo la distancia del cilindro. El rendimiento volumétrico ideal η_v mide la efectividad del trabajo del pistón. Es la relación que existe entre el volumen real que aspira el compresor y el teórico. Hay un volumen, denominado nocivo, que siempre queda en la parte superior y que no puede aprovecharse. Suele suponer entre el 3% y el 8% de la carrera del pistón, dependiendo del modelo y potencia del compresor.

Para compresores alternativos se suele considerar que el rendimiento volumétrico es igual a la relación siguiente:

Potencia de un compresor

Potencia indicada (P_i). La potencia teórica necesaria para el funcionamiento del compresor se llama potencia indicada.
Potencia efectiva (P_e). Un compresor real está formado por un conjunto de mecanismos en movimiento entre los que existe fricción. Para vencer estas pérdidas hay que aplicar una potencia sobre el eje P_e, mayor que la indicada P_i.
Rendimiento mecánico (η_m). A la relación entre ambas potencias se le denomina rendimiento mecánico. El rendimiento mecánico varía entre 0,7 para compresores de poca potencia hasta 0,9 para compresores de mucha potencia. Por defecto se puede considerar un valor de η_m= 0,85. El rendimiento mecánico no incluye el rendimiento del motor eléctrico que acciona el compresor es decir, el motor eléctrico que accione un compresor tendrá que desarrollar en su eje una potencia P_e y, por lo tanto, absorberá una potencia eléctrica mayor P_ab. La potencia que indica en la placa de características un motor eléctrico siempre es referida al eje del motor (potencia mecánica).

Potencia frigorífica

La Potencia frigorífica bruta (Φ₀) es la potencia frigorífica que es capaz de desarrollar un compresor. Es función de las características geométricas del compresor y de la cilindrada o el volumen horario desplazado. Pero depende igualmente de las características físicas del fluido frigorígeno utilizado, de las temperaturas y presiones de aspiración y condensación. Se expresa en vatios W. Este valor es muy cercano a la potencia frigorífica neta de la máquina y que debe ser igual o superior a la carga térmica calculad: Φ₀ ≈

Coeficiente de eficiencia energética

El Coeficiente de eficiencia energética (EER) (A veces llamado COP frigorífico o rendimiento frigorífico) es la relación entre la potencia frigorífica de la máquina Φ₀ ≈ y la potencia eléctrica consumida (P_ab), que en un 90% corresponde al compresor (los circuitos de control y ventiladores también absorben electricidad). Es decir:

El Coeficiente de eficiencia energética estacional (SEER). Es la relación, a lo largo de un periodo (el EER era instantáneo en unas condiciones dadas), entre el calor extraído del sistema de refrigeración (Q) y la energía eléctrica consumida (W). Eso significa tener en cuenta el "consumo fantasma" cuando la máquina está parada porque el termostato ha actuado y hacer funcionar a la máquina a diferentes condiciones climáticas y potencias frigoríficas.

Ejercicios resueltos

1.- Tenemos un compresor que tiene un rendimiento volumétrico de 0,85. Si el caudal teórico que puede desplazar es de 30 m³/h calcula cuál es el caudal real.

2.- Un compresor de 5 CV tiene una presión de admisión manométrica de 2 bar y la presión manométrica de salida es de 8 bar. Averigua la relación de compresión y su rendimiento volumétrico.

3.- Una máquina frigorífica, que tiene un SEER de 2,5, ha consumido una energía eléctrica total de 1 800 kWh ¿qué cantidad de calor ha extraído de la cámara en kcal en ese periodo?

4.- Un compresor que tiene un rendimiento mecánico del 88% está conectado a un motor eléctrico con un rendimiento del 90% y un factor de potencia de 0,82. En la máquina aparece el dato de un valor del EER, a su potencia nominal, de 2,8. Sabiendo que la potencia frigorífica de la máquina es de 75 kW ¿cuál será, aproximadamente, la corriente absorbida de una red trifásica de 400 V y la potencia indicada?