Economizador para compresor scroll

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“La energía no se crea ni se destruye”, dice la ley de la Conservación de la Materia, enunciada por el científico francés Antoine Lavoisier en 1785. Por ello, llevar el control de la cantidad que se consume y la que se aprovecha es un requisito necesario para que un equipo HVACR funcione óptimamente

Adrián García / Diagramas: cortesía del autor

Una pregunta que debemos hacernos cuando buscamos la eficiencia energética es ¿cómo podemos aprovechar al máximo la energía y llegar a un punto óptimo en el que se utilice la mayor parte de la misma, produciendo a la vez la mayor cantidad de refrigeración posible? En los sistemas de enfriamiento de baja temperatura, esta cuestión resulta muy interesante, ya que entre más baja sea la temperatura de evaporación, más energía se necesita para producir la misma cantidad de refrigeración. Por tanto, aprovechar al máximo las técnicas y tecnologías es algo indispensable para ayudar a reducir la huella de carbono que se genera.

En un sistema por compresión de vapor, utilizando refrigerante para absorber calor de un lugar y moverlo a otro por medio del trabajo de un compresor, se tienen diferentes tipos de configuraciones.

El sistema más común necesita de los cuatro elementos principales para funcionar. Éstos son:

  • Compresor
  • Evaporador
  • Condensador
  • Elemento de expansión

De esta manera, la temperatura del líquido a la entrada de la válvula de expansión (figura 1, punto 3) es la misma que la que sale del condensador (figura 1, punto 3a).  La diferencia de temperaturas entre la condensación y la evaporación puede ser muy grande cuando el sistema trabaja en baja temperatura. Esta diferencia puede aprovecharse mediante el economizador, un dispositivo optimizado para R-410A de uso en sistemas VRF, bombas de calor y aire acondicionado móvil, etcétera.

Figura 1. Sistema de refrigeración simple

También se puede emplear como evaporador para enfriadores con una capacidad inferior a 5.5 kW, ya que su tecnología de placa de canal de patrón Z, inspirada en las escamas de los peces, lleva el rendimiento de los intercambiadores de calor al límite, al mezclar completamente el refrigerante líquido y gaseoso a través de un flujo de zigzag, que aumenta el coeficiente de transferencia de calor en un 40 por ciento, en comparación con el diseño tradicional de espina de pez.

Las características anteriores ayudan a las unidades de aire acondicionado a funcionar de manera más eficiente. Al mismo tiempo, reduce los costos de energía y el impacto ambiental, satisfaciendo las demandas de mayor eficiencia estacional, debido a que el bajo volumen de retención reduce la carga de refrigerante y ofrece ahorros valiosos. Gracias a esto, el funcionamiento del aire acondicionado es más eficiente, la comodidad se incrementa en los edificios donde opera y la huella de carbono no aumenta.

Cabe destacar que en algunos compresores se cuenta con un puerto adicional a la succión y a la descarga; éste recibe el nombre de puerto Eco, y es aquí donde se inyecta refrigerante a una presión y temperatura intermedia para incrementar la eficiencia del sistema.

La nueva configuración del economizador también incluye un intercambiador de calor y una válvula de expansión.

Figura 2. Sistema de refrigeración con economizador

Funcionamiento

Se hace una derivación del líquido que sale del condensador (figura 2, punto 3). Ese líquido se hace pasar por una válvula de expansión para disminuir la presión y la temperatura a nivel intermedio. Así se puede absorber calor del líquido que va hacia la válvula de expansión. El refrigerante a presión intermedia se inyecta en el puerto Eco del compresor (figura 2, punto 6) para volver a hacer el ciclo. Mientras tanto, se puede obtener una gran cantidad de subenfriamiento en el líquido que va hacia la válvula de expansión del evaporador (figura 2, punto 3e).

Los resultados son claros:

Ejemplo: Compresor LLZ018

En el ejemplo anterior se concluye que con un 37 por ciento más de capacidad, es posible seleccionar compresores más pequeños.

A continuación, se muestran unas sugerencias de intercambiadores de calor y de válvula de expansión correspondientes a cada compresor.

Podemos concluir que al utilizar el economizador en sistemas de refrigeración con compresor scroll, se puede incrementar la eficiencia y reducir el tamaño del mismo para obtener la cantidad de refrigeración necesaria. Esto resulta cada vez más útil cuando aumenta la diferencia entre la temperatura del líquido refrigerante a la salida del condensador y la temperatura de evaporación del sistema principal.

La selección de los componentes depende de las condiciones de operación y es muy importante que se respete en todo momento el rango de trabajo de los compresores.

Recuerda siempre leer el manual de operación, pero si te surge una duda en la selección de los componentes del sistema de refrigeración, comunícate con los expertos en soporte técnico.

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Adrián García

Ingeniero mecánico administrador con especialidad en termodinámica aplicada por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Expositor y certificador de técnicos en refrigeración. Actualmente, se desempeña como Senior Technical Support Engineer en Danfoss Industries. Cuenta con experiencia en compresores de refrigeración y aire acondicionado. Se especializa en aplicaciones de CO2 para LAM e intercambiadores de calor de placas soldadas y microcanal.