Identificación y evaluación de fallas de compresores

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El compresor es uno de los elementos básicos de todo sistema de refrigeración y su función es igual de importante que la de todos los demás componentes. Si el compresor falla, el sistema completo se desbalancea y deja de funcionar, lo cual provoca una disminución en su vida útil.

Siempre resulta muy importante trabajar en la familiarización del técnico con su equipo de trabajo. Llevar a cabo esta práctica permitirá alcanzar un perfeccionamiento en la técnica de diagnóstico, así como en la identificación y corrección de los problemas que se presenten.

Por supuesto que no será posible lograr eliminar en un ciento por ciento aquellos factores que inciden en el daño a los compresores, sobre todo tratándose de contaminantes.

En entrevista para la revista Cero Grados, el ingeniero Roberto Santana, gerente de Producto de Emerson Climate Technologies; y el ingeniero Gildardo Yañez, gerente Técnico de Grupo Refrigerantes en México, comparten que la prevención de daños y fallas en los compresores juega un papel preponderante en el mantenimiento del equipo.

Mantenimiento preventivo

En esta etapa es necesario llevar un registro diario de las condiciones del funcionamiento del sistema; el cual contemplará las presiones, las temperaturas, el supercalentamiento y el subenfriamiento del equipo. Los datos resultantes permitirán detectar aquellas condiciones de funcionamiento que quedan fuera de los límites aceptables.

“Más que identificar las fallas hay que detectarlas y, más importante, prevenirlas con el propósito de evitar que el compresor se dañe y alargar la vida útil del equipo”, declara Roberto Santana.

Alteraciones en la presión de succión y la presión de descarga implican variaciones en la temperatura y resultan claros síntomas de una posible falla en el compresor. Por otro lado, el ruido excesivo del compresor, el alto consumo de corriente eléctrica o cuando el voltaje no es el indicado también es parte de los indicadores comunes que presenta un compresor dañado.

Identificación del estado del equipo

Además de identificar el posible daño de las piezas que son removidas, no estará de más hacer una evaluación del estado general de todas las demás. Para el análisis final en esta etapa es recomendable preguntarse:

  • ¿Qué tan limpias están las piezas?
  • ¿Qué tipo de contaminación existe? Habrá que identificar si existe hollín, barniz, carbonización; revestimiento de cobre y oxidación o partículas de hierro, cobre o aluminio
  • ¿Las válvulas están averiadas? ¿Dónde y de qué manera?

De acuerdo con el ingeniero Santana y gracias a experiencias en el campo, las principales causas de fallas de los compresores se pueden dividir en eléctricas y mecánicas, siendo las fallas eléctricas, casi siempre, consecuencia de las fallas mecánicas. También, la mayoría de éstas son ocasionadas por problemas en el sistema.

Respecto de las fallas por problemas eléctricos, en el caso de los compresores monofásicos es recurrente que los daños se presenten debido a una mala aplicación de los componentes de arranque. En los motores trifásicos es más común que se originen fallas por protecciones o contactores defectuosos, por lo que contar con refacciones y componentes debidamente certificados y que cumplan los estándares de calidad adopta un papel fundamental en el buen funcionamiento y mantenimiento de los compresores.

Algunas de las causas más comunes de fallas en los compresores están relacionadas con ingreso de refrigerante líquido al compresor, lo que puede ocasionar arranque inundado, golpe de líquido, desgaste de las partes móviles por la dilución del aceite, entre otros daños. El calentamiento excesivo del compresor representa otra falla recurrente en el sistema y se presenta debido a la lubricación deficiente y a las altas temperaturas en la descarga, ya sea por falta de aceite, o porque el aceite pierde sus propiedades lubricantes.

La correcta selección de los componentes del sistema, el diseño de la tubería y el personal certificado son elementos fundamentales para prevenir las fallas en los compresores. “En primer término, es importante, desde un inicio, hacer una buena selección de los componentes para que el sistema opere de una manera balanceada. Igualmente lo es el diseño de la tubería para evitar caídas de presión bruscas y asegurar un adecuado retorno del aceite al compresor. Por supuesto, también instalar protección al compresor (filtros, presostatos, acumulador de succión, calefactor de cárter, enfriamiento adecuado, etcétera). Para todo lo anterior, se requieren técnicos calificados con amplio conocimiento del sistema”, señala el ingeniero Santana.

Las pruebas que se le realizan a un compresor que ha fallado a fin de determinar el origen de esto son esencialmente las mismas para cualquier tipo de compresor, tanto hermético como semihermético.

La función del compresor es la misma sin importar el tipo de compresor que se maneja: comprimir el refrigerante para elevar la presión y temperatura del gas. Lo que varía entre un tipo de compresor y otro radica en cómo comprime el gas; por ello, tanto los compresores herméticos como los semiherméticos están sujetos a sufrir los mismos daños, independientemente de su diseño.

Para el ingeniero Santana, a pesar de los controles de calidad que manejan las principales marcas de compresores en México, no se puede eliminar por completo la posibilidad de un error de fabricación en los equipos. “Todas las marcas de compresores que se comercializan en México son reconocidas internacionalmente y todos estos fabricantes tienen una extensa experiencia en la fabricación de compresores, haciendo el mejor esfuerzo por mantener ese prestigio; sin embargo, por más automatizada que esté la fábrica, ningún fabricante está exento de fallas, ya que depende mucho del factor humano y de proveedores de materiales”, aclara el gerente de Producto de Emerson Climate Technologies.

La garantía de compresores de marcas reconocidas aplica únicamente para casos de falla de fabricación o de material; generalmente, cualquier otro no es imputable al compresor, sino al sistema o a su forma de selección, instalación o arranque. En el caso de los fabricantes de equipo original u OEM, estas fallas apenas se miden en partes por millón dentro de muy bajos niveles.

La vigencia de la garantía no varía mucho entre un fabricante y otro, y cuando un compresor tiene un defecto de fábrica suele manifestarse en el arranque del equipo; por lo cual, si el compresor ha estado operando por varias semanas o por varios meses y luego falla, es muy poco probable que sea un defecto de fabricación. En caso de un defecto del compresor se otorga una nota de crédito por el costo del equipo.

No existe un programa general de mantenimiento que aplique a todos los compresores. Algunas empresas, como las grandes cadenas de tiendas o supermercados, acostumbran llevar a cabo semestralmente programas de mantenimiento general para todo el rack del sistema.

En dinámica con este tema, el ingeniero Roberto Santana otorga el siguiente ejemplo:

-Al compresor del refrigerador de tu casa, ¿cada cuánto le das mantenimiento? Nunca

-¿Al refrigerador de un sistema de aire acondicionado integrado y cargado en fábrica, al compresor de un sistema de A/C armado en campo o a una unidad condensadora de refrigeración? Eventualmente

-Al compresor de un sistema paralelo instalado en un supermercado, ¿cada cuándo le das mantenimiento? Es necesario un mantenimiento constante

-¿Al compresor de un sistema industrial de amoniaco o de una planta industrial cada cuándo le debes dar mantenimiento y bajo qué procedimiento? Se vigila la operación 24 horas al día

Lo anterior deja ver que el mantenimiento tiene que ver, por una parte, con el tipo de compresor, su aplicación e instalación; además se toma en cuenta si el sistema fue cerrado en la fábrica o en campo. Las situaciones cambian y eso determina el tipo y la frecuencia del mantenimiento, desde el compresor que no requiere, al que requiere un mantenimiento continuo.

La reparación o cambio del equipo tras una falla del compresor depende del compresor que se maneje. Los compresores herméticos se encuentran completamente soldados, por lo que su reparación resulta inviable y se debe recurrir al reemplazo. Por otro lado, el diseño de los compresores semiherméticos permite el acceso al interior del equipo, por medio del cárter, al motor, las cabezas, la bomba de aceite y la caja de conexiones eléctricas con la finalidad de facilitar su mantenimiento, servicio o reparación, en caso de ser necesario. Incluso se puede realizar un cambio de motor en el equipo; sin embargo, es necesaria una evaluación de las condiciones del equipo, del compresor y del costo de la reparación para tomar la mejor decisión posible entre la reparación de las partes dañadas y la renovación del equipo completo.

Usualmente, las fallas en los compresores se presentan cuando no hay nadie presente, por lo cual, difícilmente significan una amenaza para el técnico. Sin embargo, el ingeniero Santana recomienda el uso de protección básica para los ojos y las manos y, en caso de encontrarse en un espacio cerrado en el que pueda presentarse alguna fuga de refrigerante, sobre todo el amoniaco, sugiere utilizar alguna mascarilla, con el objetivo de evitar la inhalación de aire contaminado y contar con ventilación para el espacio de trabajo.

En los compresores actuales se ha integrado tecnología electrónica, por lo que algunos modelos ya se encuentran equipados con módulos de detección, diagnóstico y comunicación vía internet. Éstos detectan con mucha anticipación una posible falla y, en caso de ser necesario, detienen el funcionamiento del compresor para evitar daños.

Estos compresores son monitoreados continuamente desde un call center para restablecer los servicios del equipo de manera remota en cualquier ciudad del país y llamar a un técnico que haga frente a las necesidades del equipo de manera personal si se requiere.

Clasificación de problemas del sistema

Según el daño que pueden causar van a determinarse las soluciones que se le podrán dar al sistema. En estos casos, los técnicos también jugarán un papel muy importante, ya que durante dicho proceso deberán explotar su iniciativa y conocimiento recurriendo a boletines de ingeniería, informaciones técnicas, cuadernillos, manuales mecánicos, entre otras herramientas de apoyo.

A excepción de los defectos del producto, las fallas de los compresores se pueden clasificar en ciertas categorías generales:

Retorno de líquido. Sucede cuando se presenta un sobrecalentamiento del gas en la succión del compresor, que tiende a 0 Tal succión “húmeda”, debido al efecto detergente del refrigerante, puede remover la película lubricante de las partes móviles del compresor y, por ende, provocará su rotura mecánica.

En este sentido, las acciones que debe realizar el técnico al presentarse una falla durante el proceso de retorno de líquido son las siguientes:

  • Tiene que prevenir o dejar bien calibrado el equipo para que no le pase algo así, porque hay dos tipos de falla, incluso con el regreso de líquido. Existe un regreso de líquido cuando el compresor está trabajando, el cual desplaza el aceite del compresor, por lo que el compresor se empieza a desgastar por mala lubricación
  • Es posible que el golpe de líquido se dé también porque el sobrecalentamiento no es el correcto. También sucede una vez que baja la temperatura de la cámara de congelación y no está bien calibrado, y cuando el gas refrigerante que estamos mandando al evaporador no se evapora, sino que empieza a regresar en fase líquida y se acumula en el casco del compresor, así que a la hora de que arranca se producen los golpes de líquido. A eso le llamamos un arranque inundado, que cuando se presenta, baja la presión y el aceite o refrigerante puede llegar al interior del pistón y del cilindro, y eso lo quiebra, ya que esos líquidos no se pueden comprimir.

Golpe de líquido. El ingeniero Yáñez describe el golpe de líquido como una fuerza violenta. “Es una combinación de refrigerante líquido o de aceite o de ambos”.

Cuando un compresor se daña por un golpe de líquido, la características son que el compresor no estará desgastado por dentro, los pistones no estarán rayados y tampoco se observarán trazos de desgaste; lo que vamos a encontrar es que de pronto se romperán las bielas o que repentinamente se reventaron los flappers en los compresores estándar o los discos en los compresores Discus®, dependiendo de la tecnología.

Por otra parte, el daño recae en los reciprocantes, a los cuales termina por destruir. En cuanto a los scrolls, gracias la forma en la que están construidos, éstos suelen ser mucho más tolerantes a las condiciones, debido a que el golpe de líquido representa solamente un instante.

Ahora bien, el procedimiento que debe seguirse cuando se presenta un daño por golpe de líquido, al tratarse de compresores herméticos, requiere de un cambio de compresor, porque ya no se puede hacer nada. “Cuando son semiherméticos reciprocantes se pueden mandar al taller; se revisa que el cigüeñal no esté quebrado, se ponen las bielas nuevas y se arma de nuevo el compresor, es decir, se le da un servicio mayor”, comenta el ingeniero.

“Al presentarse este tipo de circunstancias, para los técnicos no representan un daño como tal, sin embargo, deben tomar en cuenta que puede resultar muy costoso, ya que si es un compresor hermético que cuesta 20 mil pesos, se tendrá que reponer. Si es un compresor nuevo semihermético, que es algo que llega a suceder, se trata de un compresor nuevo que está dañado y que se debe reparar, pues no entra en garantía al ser síntoma de una instalación o de un sistema que tiene un problema”.

Problemas de lubricación. Son aquellas complicaciones que se vinculan con el desgaste excesivo que causa la falta de aceite lubricante en las áreas esenciales

Contaminación del sistema. Es aquel agente extraño que se presentan con el desgaste excesivo provocado por el daño mecánico del motor o por el recalentamiento

Humedad en la instalación. Formación del copper plating (revestimiento de cobre) tanto en las partes móviles como en las calientes del compresor, provocado por la mezcla de humedad, refrigerante y aceite que producen ciertas reacciones, las cuales son capaces de atacar químicamente tuberías de cobre y, principalmente, los motores eléctricos de los compresores herméticos y semiherméticos. Suele presentarse en las instalaciones donde no se ha hecho una buena evacuación y deshidratación del sistema.

Suciedad en la instalación. Es consecuencia de la falta de cuidado de la instalación del sistema o de cualquier otra intervención que se haya realizado.

En general, suelen ser partículas de metal y óxidos de cobre y hierro que provienen de las instalaciones donde no se han empleado cortadores de tubos ni gas de protección durante toda la soldadura

Temperatura de descarga elevada. Se produce al trabajar con un valor elevado del supercalentamiento del gas en la succión del compresor. Esto trae como resultado la carbonización del aceite lubricante y la consecuente rotura mecánica del compresor

Problemas eléctricos. Se trata de todos aquellos problemas que pueden causar fallas, exceptuando los causados por daños mecánicos

¿Cuáles son las causas principales de falla en un compresor?

“Lo primero que se debe de hacer es que con el manómetro se toma la presión del equipo para verificar si arranca o no. En caso de que sí, es posible ver si comprime o si le falta gas. Algunas de las herramientas que se necesitan para hacer un análisis de lo que le sucede al equipo son: un megger o probador de aislamiento (que se utiliza cuando se detecta que el compresor está trabajando con alta presión en la descarga), manifolds y voltímetros. Hay ocasiones en que empieza a bajar el nivel de arranque del motor y, para evitar que el compresor se queme, con el megger se determina si vale la pena realizar un servicio al equipo o bajar el compresor y arreglarlo”, indica Gildardo Yáñez.

Las fallas por calor excesivo, las cuales provocan quemaduras del compresor, contemplan:

  • Sobrecalentamiento: éste se produce cuando la temperatura del gas de succión al compresor resulta elevada
  • Bajo voltaje: si el compresor trabaja con bajo voltaje se genera un aumento de corriente eléctrica (amperaje), provocando calentamiento en los devanados y daño del aislamiento
  • Falta de refrigerante: si al embobinado no le llega vapor de refrigerante suficiente para eliminar el calor que desprende, el compresor se sobrecalentará
  • Obstrucciones en el evaporador y falta de ventilación: bajo estas condiciones el sistema tendrá baja presión de succión o muy alta presión en la cabeza del compresor, con lo que la temperatura de descarga del compresor resulta excesiva

Si se desea determinar el calor excesivo en un sistema, la temperatura máxima de descarga permisible en un compresor se mide a 6 pulgadas de la válvula de descarga, y debe ser equivalente a 107 °C. Dicha temperatura se debe medir con un termopar de contacto en la tubería de descarga.

Fallas por contaminantes. Según el ingeniero Yáñez, puede estar contaminado con acidez o con agua y, por lo general, la contaminación quema los compresores.

“Una forma de controlarla es instalando un filtro de succión y un filtro en la línea de líquido que recupere toda la contaminación en el sistema, que puede ser agua, acidez o una combinación de ambas. En el caso de los no condensables, para eliminar los GNC del sistema, se recomienda lo siguiente:

  • En los sistemas más pequeños recuperar toda la carga y recargar con refrigerante nuevo
  • En los sistemas más grandes usar el acceso localizado en la parte superior del condensador para poder liberar los GNC hasta que la presión se iguale a la esperada (leída en la tabla presión / temperatura)
  • Recuperar vapor del sistema durante el tiempo suficiente para asegurarse de que la mayoría de los vapores se ha eliminado en el condensador
  • La cantidad de tubo entre el condensador y el punto de acceso será una cuestión de criterio basado en el tamaño del condensador

Cuando ya hay presencia de contaminación, se deben instalar filtros en la línea de succión y en la línea de líquido, evacuar el sistema tres veces utilizando nitrógeno y una bomba de vacío, y ocupar un vacuómetro para medir que se está llegando a los vacíos, a fin de evaporar todo.

“Los gases no condensables normalmente son nitrógeno, argón y CO2, que son componentes de la atmósfera. Ninguno de ellos se puede pasar de fase gaseosa a fase líquida”.

  • Aire y humedad: al originarse por un vacío inexistente, estos elementos reaccionan con el aceite y el refrigerante provocando enlodadura y formación de ácidos dentro del sistema, característica que los hace muy dañinos. La humedad es capaz de formar congelación y taponamiento de la válvula de expansión o del tubo capilar
  • Ceras y resinas: Obstruyen la válvula de expansión y tubo capilar, ocasionando la pérdida de compresión y que se tapen los orificios con el aceite
  • Suciedad y brisas de metal: se instalan en las válvulas de expansión, lo que obstruye la circulación del refrigerante; también dañan el material aislante del embobinado, se depositan en éste y provocan cortocircuito
  • Fundentes de soldadura: son compuestos químicos muy activos y su uso debe ser limitado. Al realizar soldaduras es recomendable pasar una corriente de nitrógeno de 2 a 5 PSIG por la parte interna de la tubería para evitar que ingrese escoria al sistema

Para determinar si existen contaminantes dentro del sistema es posible emplear diferentes tipos de herramientas:

En el caso de la humedad se utiliza la mirilla o el llamado visor, dispositivo auxiliar en los sistemas de aire acondicionado y refrigeración que nos permite observar la condición del refrigerante en el lugar de su ubicación. Es un indicador de la condición del refrigerante, cuyas funciones radican en determinar su estado líquido y su contenido de humedad.

Para los ácidos se ocupa un kit para prueba de acidez, la cual se puede tomar en el cárter del compresor. Es importante que la presión del cárter se encuentre a presión atmosférica. Los sistemas con refrigerantes HFC y con aceite POE son mucho más propensos a captar humedad rápidamente y generar acidez, en comparación con los sistemas que usan refrigerantes y aceites tradicionales, por lo que requieren más cuidados.

Finalmente, para conocer si la falla del sistema es consecuencia de la obstrucción de sólidos, es posible verificar una caída de presión y temperatura en el filtro deshidratador de la línea de líquido.

Ahora bien, para su limpieza, el ingeniero Gildardo Yáñez aconseja ocupar lubricantes detergentes en sistemas chicos, o que se realice el proceso de limpieza intercambiando las piedras.

Fuentes:
http://www.bohn.com.mx/BOHN-2007/boletines2008/BOLETIN_28_ENE-FEB_2008.pdf
http://www.icer.cl/pdf/bitzer/pistones/diagnostico.pdf