Ciclo Formativo Grado Superior de Mantenimiento de Instalaciones Térmicas y de Fluidos (IMA 301)

Modulo 0135: Mantenimiento de Instalaciones Frigoríficas y de Climatización

COMPRESORES

COMPRESORES El compresor tiene la misión de aspirar los vapores del refrigerante producidos en el evaporador que se encuentra a baja presión y descargarlo a alta presión en el condensador.

CLASIFICACION Los compresores pueden clasificarse en función del acoplamiento del motor y de su funcionamiento.

Acoplamiento del motor: Hermético Abierto Semihermético

Funcionamiento: Compresores alternativos Compresores rotativos

COMPRESORES HERMETICOS El compresor hermético consiste en situar el compresor y el motor eléctrico dentro de un recipiente cerrado. Por la parte exterior solamente salen la válvula de aspiración, la de compresión y el conexionado eléctrico, así como el tubo para efectuar el vacio y la carga de gas. Estos compresores se utilizaron para pequeñas potencias y actualmente se han extendido también para potencias medianas. Presentan muchas ventajas, siendo su inconveniente que en caso de avería no tienen reparación.

COMPRESORES SEMIHERMETICOS Los compresores semiherméticos son de concepción similar a los de tipo hermético, pero la carcasa exterior es desmontable y accesible desde el exterior. Son utilizados para pequeñas y medianas potencias, ofreciendo la ventaja frente a los anteriores de ser fácilmente desmontables en caso de avería.

COMPRESORES ABIERTOS En el compresor abierto el motor y el compresor están separados, unidos por un acoplamiento o transmisión. Son los más versátiles y accesibles, siendo empleados para medias y grandes potencias.

COMPRESORES HERMETICOS. CONEXIONES ELECTRICAS Bobinados Como todos los motores monofásicos de inducción en su estator estos motores tienen dos devanados internos formados por bobinas las cuales en este caso están conectadas entre sí tal como aparecen en los siguientes esquemas.

De forma general, estos motores tiene tres puntos de conexión: El punto común entre los dos bobinados (C), el punto de arranque (A) perteneciente al bobinado de éste y el punto de marcha (P) que corresponde con un extremo del bobinado principal.

El devanado de auxiliar o de arranque: Su hilo esmaltado es de menor diámetro y por tanto presenta más resistencia eléctrica (se puede determinar con un polímetro midiendo la resistencia de dicha bobina). Los puntos de conexión de esta bobina está entre el punto común (C) y el punto de arranque o auxiliar (A o S). Como su nombre lo indica, dicha bobina se activa para el momento de arranque, y cuando el motor alcanza el 75% de su velocidad, se desconecta (para algunos sistemas de arranque) por muchos motivos entre los cuales:

Consume energía. Se calienta rápido con el gravamen que se pueda quemar cuando funciona por mucho tiempo. No es necesario cuando el rotor en revolución.

El devanado principal o de marcha: Al soportar la circulación de corriente perteneciente a la potencia nominal del compresor, el hilo que lo compone tiene más diámetro que el de arranque y por tanto presenta menos resistencia eléctrica (al igual que el caso anterior se pude determinar con un polímetro midiendo la resistencia de sus bobinas). Los puntos de conexión de dichas bobinas está entre el punto común (C) y el punto de marcha o principal (P, M o R). Esta bobina permanece activa durante todo el funcionamiento del motocompresor.

Comprobación de los bobinados Para realizar una comprobación rápida del sistema eléctrico del motor-compresor, se puede realizar siguiente procedimiento:

Continuidad del devanado de marcha. Verificar continuidad entre el punto común y punto de marcha (muestra el valor de la resistencia de la bobina de marcha).

Continuidad del devanado de arranque. Verificar continuidad entre el punto de arranque y punto común (muestra el valor de la resistencia de arranque)

Continuidad entre el terminal de arranque y marcha. Verificar continuidad entre el punto de arranque y el punto de marcha. (muestra la suma de la resistencia de la bobina de marcha y la resistencia de la bobina de arranque).

Presencia de fugas de corriente a tierra. Verificar si cada punto (común, marcha y arranque) esta en circuito abierto con tierra o la carcasa exterior del motor-compresor. NO DEBE existir continuidad eléctrica entre la carcasa o tierra con ninguno de los puntos de conexión de alimentación a los bobinados.

CONEXIONES ELECTRICAS. ARRANQUE COMPRESORES HERMETICOS. COMPONENTES AUXILIARES Relé de arranque electromecánico Cumplen la misión de conectar y desconectar de forma automática distintas secciones del circuito eléctrico de alimentación del compresor, concretamente la o las secciones pertenecientes a su arranque. Los hay de dos tipos, de corriente y tensión. Cumplen la misma función y se emplea uno u otro en función del tipo de arranque y compresor.

El accionamiento en los dos casos es electromecánico, su bobina ya sea por corriente o tensión genera un par electromagnético que desplaza un vástago que hace de núcleo magnético. Este a su vez lleva solidarios los contactos eléctricos que se desplazan abriendo o cerrando el circuito eléctrico.

Relé de intensidad. Al conectarse en serie con el bobinado de marcha o principal, este relé dispone de una bobina de relativamente pocas vueltas y un diámetro de hilo suficiente para soportar la circulación de corriente que atraviesa el devanado del motor. Normalmente dispone de contactos NA (NO) normalmente abiertos, es decir abiertos mientras se encuentra en reposo. Cuando el motor es puesto en marcha, la corriente que pasa por la bobina del relé desplaza hacia arriba un vástago que se encuentra en el interior de la bobina. Este vástago tiene solidarios los contactos eléctricos móviles cerrando el circuito eléctrico perteneciente a la alimentación del devanado de arranque. Cuando el motor alcanza el 75% de la velocidad del motor del compresor, disminuye la intensidad de la corriente de la bobina de arranque y por tanto el campo electromagnético que genera haciendo que el vástago caiga por gravedad con lo que sus contactos se abren de nuevo abriendo su circuito de arranque.

Relé de tensión. La diferencia de los de intensidad los relés de tensión disponen de una bobina formada por un arrollamiento de muchas vueltas e hilo de diámetro más fino que el relé de intensidad. Este relé trabaja durante el tiempo que lo hace el motor del compresor y habitualmente sus contactos son NC, normalmente cerrados en reposo y permaneciendo abiertos durante el tiempo de su funcionamiento. Normalmente se utilizan para desconectar el condensador de arranque en los compresores con arranques CSR los cuales disponen además de otro condensador de marcha que se encuentra conectado durante la conexión del motor.

Relés PTC: El relé de arranque PTC es un componente de estado sólido, es decir, carece de contactos o cualquier tipo de elemento móvil y que es llamado a sustituir a los relés electromagnéticos para el arranque de compresores de pequeña y mediana potencia. Su funcionamiento se basa en el hecho de que algunos materiales cerámicos tienen la singularidad de incrementar su resistencia óhmica a medida que son calentados por acción de la corriente eléctrica que los atraviesa. El relé PTC usa un termistor de coeficiente de temperatura positivo para sustituir del circuito la bobina de arranque. Un dispositivo de estado sólido PTC se coloca en serie con la bobina de arranque y generalmente posee una resistencia muy baja comportándose como una continuidad del conductor entre el cual se encuentra conectado. En este ejemplo del conexionado RSIR, en el momento del arranque del motor, cuando la corriente comienza a circular por la bobina de auxiliar o de arranque la corriente de arranque es muy alta y debido a ello la temperatura en la PTC sube rápidamente, mientras tanto la resistencia óhmica del relé PTC rápidamente comienza a subir a valores muy altos reduciendo drásticamente la corriente hacia la bobina de arranque, eliminando la alimentación eléctrica hacia dicha bobina o devanado comportándose así como prácticamente un contacto que ha pasado de estado cerrado a abierto. La corriente remanente que atraviesa al bobina de arranque es lo que mantiene caliente el PTC. Existen un amplio catálogo de estos relés que diversifican rangos de corriente, tiempos de respuesta, número de terminales. Como veremos en los siguientes capítulos este relé se puede sustituir en todas las conexiones de arranque para motores de compresores de baja y media potencia. El protector contra sobrecargas bimetálico (Klixon) Es un componente de seguridad y protección que actúa frente a la aparición de sobrecargas que provocan incrementos excesivos de corriente eléctrica que generan incrementos elevados y peligrosos de temperatura en los conductores eléctricos. En nuestro caso se utiliza como protección de los devanados de los motores de los compresores herméticos pero también se utiliza como protección de transformadores, otros motores, bobinados eléctricos en general y en pequeños aparatos eléctricos. El klixon está formado por dos electrodos en contacto íntimo a través de los cuales puede circula la corriente eléctrica. Uno de estos electrodos es fijo y otro móvil constituido de un bimetal. Un

bimetal está formado por la unión íntima de dos metales con distintos coeficientes de dilatación. Cuando en este bimetal se incrementa la temperatura y se alcanza un valor tarado la diferencia de coeficiente de dilatación hace que este se deforme conllevando su separación del electrodo fijo e interrumpiendo el paso de corriente eléctrica.

CONEXIONES ELECTRICAS. ARRANQUE COMPRESORES HERMETICOS. Arranques con bajo par de arranque (LST, Low starter torque)

RSIR (Resistant Start Induction Run): Motor de inducción de arranque por resistencia. Se emplea para compresor de baja y media potencia (entre 1/12 CV y 1 CV) con compresores con par medio de arranque. Cuando el motor es puesto en marcha, la corriente que pasa por la bobina del relé desplaza hacia arriba un vástago que se encuentra en el interior de la bobina el cual tiene solidarios los contactos móviles cerrando el circuito eléctrico que tenga conectado. Cuando el motor alcanza el 75% de la velocidad del motor del compresor, se disminuye la intensidad de la corriente de la bobina de arranque, haciendo que el vástago caiga por gravedad con lo que sus contactos se abren de nuevo abriendo su circuito. El par de arranque de estos motores es bajo, y se los usa acoplados a los compresores que se emplean en los sistemas de tubo capilar (fácil equilibrio de las presiones de impulsión y aspiración, y bajas presiones de condensación).

Con relé electromecánico Con relé PTC

Conexión de compresores monofásicos con condensador de marcha o permanente. PSC: (Permanent Split Capacitor).Motor de inducción con arranque de condensador permanente o de marcha.

Este sistema ofrece un par de arranque medio y preferiblemente se emplea en sistemas cuyas presiones se igualen rápidamente. El condensador de marcha o permanente se identifica por el color que es plateado en el caso de que su carcasa exterior sea metálica o de color blanco en el caso de ser plástica. No está identificada la polaridad de sus terminales ya que carece de ella. Se recomienda que su tensión máxima de funcionamiento sea como mínimo 1/3 por encima de la trabajo. Estos elementos están construidos en polietileno encapsulado en metal o plástico y están diseñados para operar continuamente. Se conectan en serie con la bobina de arranque del compresor para aproximar a 90º el desfase entre la tensión y la intensidad en este bobinado.

Con arranque directo Con relé PTC Arranques con alto par de arranque (HST, Hight starter torque)

Conexión de compresores monofásicos con relé electromecánico y condensador de arranque. CSIR (Capacitor Start Induction Run): Motor de inducción con condensador de arranque.

Para mejorar sustancialmente el par en el momento de la conexión del motor, es necesario adaptarle un condensador de arranque. Este sistema proporciona al compresor un alto par de arranque y puede emplear en sistemas equipados con válvulas de expansión.

El conductor de fase (L) se conecta con él a la protección contra sobrecargas (Klixon) y ésta última con el punto común (C) del compresor. La función de un condensador de arranque es la de aumentar el ángulo entre el campo magnético de la bobina de arranque y la principal, el resultado es un aumento en la fuerza de repulsión aplicada al rotor. Si el condensador es electrolítico se conecta el positivo del mismo al punto de arranque A; si el condensador es cerámico, no importa la polaridad en que se conecte al punto de arranque (A). El punto negativo del condensador se conecta a la línea de neutro o al terminal del relé de intensidad. Generalmente el condensador de arranque se emplea para compresores mayores de 1/4 CV. Los condensadores de arranque son de tipo electrolítico normalmente fabricados con su carcasa de color negro; están diseñados para trabajar en cortos periodos de tiempo y sus valores de capacidad son expresados en MFD o microfaradios.

Con relé electromecánico Con relé PTC

MUY IMPORTANTE

Los condensadores de arranque electrolíticos NO SE CONECTAN PERMANENTEMENTE a corriente alterna. Debido a que los condensadores de arranque electrolíticos son componentes polarizados (Diseñados para trabajar con corriente continua) y trabajamos con ellos con corriente alterna, estos se encuentren inversamente polarizados a lo largo de uno de los semiciclos de corriente alterna. Si no se interrumpe a tiempo mediante el relé de intensidad su alimentación se provoca en el interior del condensador un incremento peligroso de la temperatura que a su vez provoca un incremento en la presión y acaba reventando de forma peligrosa la carcasa del condensador. Ventajas y desventajas. Entre las ventajas de emplear el relé de intensidad están:

o Funcionamiento instantáneo. o Tiempo de conexión depende del arranque del motor. o Puede trabajar con condensador de arranque. o Fácil instalación (Conexión Fast-On).

Entre sus desventajas están: o Posee partes móviles. o Sus contactos eléctricos se desgastan. o Emite interferencias electromagnéticas. o Demasiados modelos diferentes en el mercado.

Conexión de compresores monofásicos con relé electromecánico y condensadores de arranque y marcha. CSR (Capacitor Start Run): Motor de inducción con condensador de arranque y condensador de marcha.

Este arranque posee dos condensadores uno de arranque y otro de marcha o servicio. En el proceso de arranque los dos condensadores se encuentran conectados en paralelo entre sí a través del relé de intensidad y su vez conectado en serie con el bobinado de arranque del motor del compresor. Como ya sabemos la capacidad en microfaradios resultante de la conexión en paralelo entre dos condensadores es la suma aritmética de estos. Por tanto en el momento de la conexión la capacidad aplicada al arranque es la máxima. Una vez arrancado el motor el relé de intensidad desconecta el condensador de arranque dejando el condensador de marcha conectado de forma permanente mientras el motor se encuentre trabajando. La capacidad del condensador de marcha se calcula para conseguir el ángulo de fase más conveniente entre la tensión y la intensidad para la carga estipulada para el motor.

Con relé electromecánico Con relé PTC

Conexión de compresores monofásicos con relé electromecánico, condensadores de arranque y marcha y control de temperatura mediante termistor ptc. CSR (Capacitor Start Run): Motor de inducción con condensador de arranque, condensador de marcha con control mediante PTC.

Este arranque es una versión ampliada del anterior. La resistencia PTC conectada en serie con las bobinas de arranque e intensidad del relé se calienta por efecto Joule la PTC la cual va incrementando su valor de resistivo hasta que la intensidad no es suficiente para crear el campo magnético suficiente para mantener los contactos del relé.

CONEXIONES ELECTRICAS. COMPRESORES SEMIHERMETICOS Bobinados. Los compresores semihermeticos instalan tres devanados en el estator, desplazados en 120º geométricos entre sí, que al serles aplicado un sistema trifásico de tensiones (con un desplazamiento de 120º eléctricos) crean un campo magnético y constante y giratorio que arrastra el motor. Comprobación de los bobinados. Igualmente que con los compresores herméticos se puede comprobar el estado de los bobinados de este tipo de compresores. Para la comprobación utilizaremos un megger, el cual medirá la resistencia de aislamiento. Se comprobara dicha resistencia entre bornes y entre bornes y tierra.

Conexionado y caja de bornes. Un devanado consiste en un conjunto de bobinas de cobre. Los tres devanados de un motor trifásico los podemos conectar en estrella o en triangulo a través de unas pletinas de cobre, según sea la tensión trifásica disponible. Los seis extremos de los devanados que forman el estator salen al exterior del motor a través de la caja de bornes, cuya configuración standard se muestra en la figura. En los compresores alternativos no influyen para nada el orden de conexión de las fases, ya que aunque gire el motor en un sentido o en otro, este movimiento rotativo lo transmite la biela en un movimiento alternativo (pistón) de dos fases, admisión y escape. Sin embargo, en los compresores rotativos es muy importante el sentido de giro, puesto que si giran las paletas en sentido contrario, el compresor no comprime, y por ser de excéntrica se produciría un agarrotamiento en la cámara de compresión. Estos compresores van normalmente protegidos por un “protector de fases” que impide el arranque si están invertidas las fases.

Conexionado en estrella y triangulo. En la conexión en triángulo, cada bobinado del motor recibe un voltaje idéntico al voltaje de línea proporcionado por el generador (se llama voltaje de línea el que existe entre dos cualesquiera de las tres líneas L1, L2, L3). En la conexión en estrella, sin embargo, el voltaje que recibe cada bobinado es considerablemente menor, concretamente el voltaje de línea dividido entre la raíz cuadrada de 3 (1,732...).

Esto permite que cada motor, a pesar de que sus bobinados necesiten siempre un voltaje fijo, pueda ser utilizado con dos voltajes de línea distintos, simplemente asegurándose de que el modo de conexión sea el adecuado. Estos dos voltajes que admite un motor están en la proporción de 1 a raíz de 3 y, de ellos, el más bajo es el que coincide con el que necesitan sus bobinados. Con un ejemplo se entenderá mejor: el caso más habitual entre motores trifásicos para máquinas pequeñas-medianas es el de motores 230/400. La relación entre estos dos voltajes (230 y 400) es raíz de 3 (230 por raíz de 3 es aproximadamente 400). Bien, pues un motor de estos necesita que sus bobinados estén conectados a 230 voltios (siempre el menor voltaje de los dos) y puede conseguirse esto conectándolo en una instalación trifásica cuyo voltaje de línea sea 230 o 400 voltios. En el primer caso se deberá conectar el motor en triángulo y en el segundo

en estrella, ya que este último esquema "divide entre raíz de 3" el voltaje que llega a cada bobinado, con lo que los 400 voltios "se rebajan" a 230.

MANTENIMIENTO COMPRESORES HERMETICOS Los compresores herméticos tienen un difícil mantenimiento y reparación, ya que como hemos dicho anteriormente todo su mecanismo tanto eléctrico como de compresión esta en el interior de una carcasa soldada. En los de menor potencia y tamaño su reparación y mantenimiento es prácticamente inútil, con lo cual se opta por su sustitución directamente. Existen talleres especializados y de las propias marcas que reparan estos compresores, pero el coste supera a la propia sustitución. Únicamente en compresores de mayor capacidad, donde disponemos de visor de aceite, que nos permite ver la cantidad de aceite en el cárter, de tomas auxiliares y de tomas para las válvulas de servicio grandes podemos realizar cambios de aceite. También en los talleres

especializados se reparan las averías eléctricas y del sistema mecánico. La manera de garantizar un buen funcionamiento de este tipo de compresores es realizar una limpieza del sistema a la hora de realizar la instalación. La contaminación del sistema es uno de los principales factores que afectan a la fiabilidad del equipo y a la vida de servicio de los compresores. Por tanto, es importante asegurar la limpieza de sistema cuando se monta un sistema de refrigeración. La contaminación del sistema puede ser causada por:

Soldadura y óxidos de soldadura, Limaduras y partículas procedentes de la eliminación de rebabas en las tuberías, Fundente de soldadura, Humedad y aire,

Usar exclusivamente tubos de cobre especial para refrigeración, limpios y deshidratados y material de soldadura de aleación de plata. Limpiar todas las piezas antes de soldar y purgar siempre las tuberías durante la soldadura con nitrógeno seco ó CO2 para evitar la oxidación. Si se utiliza fundente, deberán tomarse las medidas necesarias para

evitar fugas dentro de las tuberías. No taladrar (p.ej. para válvulas de obús) tuberías de la instalación ya completadas, en las que ya no se puedan eliminar limaduras y rebabas. Seguir las instrucciones indicadas a continuación sobre soldadura, montaje, detección de fugas, prueba de presión del sistema y eliminación de humedad. A la hora de realizar el montaje deberemos tener en cuenta:

Montar el compresor en un plano horizontal con una inclinación máxima de 3 grados. Utilice siempre los tacos de goma que se suministran con el compresor, para evitar las vibraciones. A la hora de realizar los aprietes de las uniones utilizar una llave dinamométrica consultando las tablas de instalación del compresor. para determinar los pares de apriete correctos.

Conexión del compresor al sistema Los compresores nuevos tienen una carga protectora fija de nitrógeno. Los tapones de aspiración y

descarga sólo deberán quitarse cuando vaya a conectarse el compresor a la instalación, para evitar la entrada de aire y humedad en el compresor. Quitando primero el tapón de descarga y a continuación el de aspiración, la carga de nitrógeno puede salir por la conexión de descarga, reduciendo así al mínimo el riesgo de que se arrastren gotas de aceite por la conexión aspiración.

Siempre que sea posible, el compresor deberá ser el último componente a acoplar en el sistema. Es recomendable soldar los manguitos o válvulas de servicio a las tuberías antes de montar el compresor. Una vez llevados a cabo todas las soldaduras y finalizado todo el sistema, se podrán retirar los tapones del compresor y conectar el mismo al sistema con la menor exposición al aire ambiente posible. Si esto no fuera posible, se podrán soldar los manguitos o válvulas a las tuberías una vez montado en el compresor. En este caso, se deberá purgar el compresor por la válvula de obús con nitrógeno seco ó CO2 para evitar la entrada de aire o humedad. Comenzar el purgado tras retirar los tapones e iniciado el proceso de soldadura.

Cuando se emplean válvulas rotalock en el compresor, éstas deberán cerrarse inmediatamente tras el montaje, aislando de esta forma el compresor de la atmósfera o de un sistema todavía no deshidratado.

Prueba de presión del sistema Para efectuar la prueba de presión emplear siempre un gas inerte como el nitrógeno. No emplear

nunca otros gases como oxígeno, aire seco o acetileno ya que puede formar una mezcla inflamable con el aceite del compresor.

Detección de fugas Al efectuar una detección de fugas y siempre que sea posible, se deberá aislar el compresor del

sistema, cerrando las válvulas de aspiración y descarga. Utilizar una mezcla de nitrógeno y el refrigerante final (p.ej. R404A ó R507) y un detector de fugas para el refrigerante aplicado. También se puede emplear un sistema de detección espectrométrica con helio. Observe que la detección de fugas con refrigerante, puede estar prohibida en algunos países. No utilizar nunca otros gases como oxígeno, aire seco o acetileno, ya que estos gases pueden formar una mezcla inflamable. No utilizar nunca refrigerantes CFC o HCFC para la detección de las fugas en sistemas diseñados para refrigerantes HFC. No utilizar aditivos de detección de fugas, ya que pueden afectar a las propiedades del lubricante. La garantía puede perder su validez si se han utilizado aditivos de detección de fugas. Las fugas deberánrepararse siguiendo las instrucciones.

Eliminación de humedad mediante vacío La humedad dificulta el funcionamiento correcto del compresor y del sistema de refrigeración. El

aire y la humedad reducen la vida de servicio y aumentan la presión de condensación, originando temperaturas de descarga excesivamente altas que pueden destruir las propiedades lubricantes del aceite. El aire y la humedad también aumentan el riesgo de formación de ácidos, dando lugar al cobreado en las piezas. Todos estos fenómenos pueden provocar averías mecánicas o eléctricas del compresor. Para evitar estos factores, se recomienda realizar un vació.

Puesta en marcha Antes de la puesta en marcha inicial o después de una período de parada prolongado, activar la

resistencia de cárter (si está montada) doce horas antes de la puesta en marcha. Si no se puede activar la resistencia con suficiente antelación, el compresor deberá calentarse de otra manera (p.ej con un calentador eléctrico o una lámpara) para separar el refrigerante del aceite. Esta operación es importante sobre todo durante puestas en marcha a bajas temperaturas ambiente.

Carga de aceite y nivel de aceite. La carga de aceite deberá comprobarse antes de la primera puesta en marcha (el nivel debe estar

entre 1/4 y 3/4 de la altura del visor de aceite). Comprobar de nuevo el nivel de aceite después de al

menos 2 horas de funcionamiento en condiciones nominales. En la mayoría de las instalaciones será suficiente con la carga inicial de aceite del compresor. En instalaciones con tuberías de más de veinte metros de longitud, con muchos sifones de aceite o un separador de aceite adicional, puede ser necesario añadir aceite. Normalmente la cantidad de aceite añadido no debe ser superior al 2% de la carga total de refrigerante.

MANTENIMIENTO COMPRESORES SEMIHERMETICOS Y ABIERTOS Todo lo anteriormente dicho para los compresores herméticos es totalmente valido para los compresores semiherméticos y abiertos. La ventaja que tenemos con este tipo de compresores es que los podemos desmontar en su totalidad. De esta manera los podemos reparar y además analizar las causas por las que se ha producido la avería. El propio compresor raramente es el problema en sistemas que presentan averías. La llave para el mantenimiento de equipamientos con compresores hoy en día se basa en un completo entendimiento de las condiciones y de la secuencia de los hechos que llevan a las averías.

Mantenimiento preventivo La mejor forma de prevenir los problemas del compresor, es iniciar una planilla de mantenimiento preventivo que incluya el registro rutinario de las condiciones de funcionamiento del sistema. El registro diario de las presiones, de las temperaturas, recalentamiento, subenfriamiento, etc. de funcionamiento del equipamiento, provee un medio de acompañar el desempeño del sistema durante todo el año. Con ese tipo de datos se pueden detectar, las tendencias que pueden hacer que las condiciones de funcionamiento se desvíen de los límites aceptables. El registro de los datos de desempeño del sistema no sólo provee un medio para detectar problemas inminentes, sino que además, en caso de falla esas informaciones podrán ser usadas para reconstruir la serie de sucesos que lo ocasionaron.

EXAMINANDO EL SISTEMA DEFECTUOSO Al procurar llegar a la causa de la avería del sistema, use todos los datos posibles que pueda obtener de toda y cualquier fuente. Converse con el personal que opera el equipamiento del cliente y descubra lo que pueda sobre el tipo de ruido que la unidad presentó inmediatamente antes de la avería: ¿El funcionamiento era normal o anormal? ¿A qué hora ocurrió la avería? Si sabe eso, podrá determinar la causa del problema por ocasión. ¿El operador mantenía un registro como sugerido anteriormente? Si lo mantenía, su trabajo de investigación será más fácil. IDENTIFICACIÓN Y ESTADO DE LAS PIEZAS Al desmontar un compresor dañado, identifique las piezas a medida que sean retiradas, de forma que sus posiciones relativas dentro de la máquina puedan ser determinadas cuando sean examinadas. Para que la marca permanezca legible, marque las piezas con un metal trazador o marcador mágico permanente para evitar que se borren durante su manipulación. Además de la identificación de las piezas que son removidas, examine el estado general de cada pieza del compresor. ¿Están ciertas piezas limpias y sin daño? En caso afirmativo, anote eso. Si el compresor en general se presenta sucio, ¿qué tipo de contaminación puede ver? Mucha cosa puede ser determinada en este punto si puede identificar hollín, barniz, carbonización, borra, revestimiento de cobre (copper plating), oxidación o partículas de aluminio, cobre, hierro, etc. Siempre relacionar esos objetos encontrados a las áreas del compresor o las piezas individuales. CLASIFICACION DE LOS PROBLEMAS DEL SISTEMA La mayoría de las averías del compresor, con excepción de los defectos del producto, puede ser clasificada en las siguientes categorías generales:

RETORNO DE LÍQUIDO: Sucede principalmente cuando el recalentamiento del gas en la succión del compresor tiende a “cero”. Esta succión “húmeda”, debido al efecto detergente del refrigerante, es capaz de remover toda la película lubricante de las partes móviles del compresor y, como consecuencia, provocará su rotura mecánica.

GOLPE DE LÍQUIDO: Daño causado por la presión hidrostática cuando el compresor intenta comprimir un líquido (sea aceite, refrigerante o ambos).

PROBLEMAS DE LUBRICACIÓN: Problemas relacionados con desgaste excesivo causado por la falta de cantidad suficiente de aceite lubricante en las áreas esenciales.

CONTAMINACIÓN DEL SISTEMA: Material extraño resultando en desgaste excesivo, causando daño mecánico del motor o recalentamiento.

HUMEDAD EN LA INSTALACIÓN: Formación del “copper plating” en las partes móviles y calientes del compresor, resultado que proviene de la mezcla de humedad/refrigerante/aceite que producen reacciones capaces de atacar químicamente tuberías de cobre y, principalmente, los motores eléctricos de los compresores herméticos y semiherméticos. Aparecen principalmente en las instalaciones donde no se ha hecho una buena evacuación y deshidratación del sistema.

SUCIEDAD DE LA INSTALACIÓN: Que resulta de la falta de cuidado de la instalación del sistema, o de cualquier otra intervención realizada. Son principalmente partículas de metal y óxidos de cobre y hierro, provenientes de la instalación donde no han sido utilizados cortadores de tubos y gas de protección durante toda la soldadura.

TEMPERATURA DE DESCARGA ELEVADA: Se produce principalmente cuando se trabaja con un valor elevado del recalentamiento del gas en la succión del compresor, resultando la carbonización del aceite lubricante y la consecuente rotura mecánica del compresor.

PROBLEMAS ELÉCTRICOS: Aquellos problemas que pueden causar fallas, con excepción de los problemas eléctricos causados por daños mecánicos. Nuestro estudio incluirá también algunas de las causas mecánicas de fallas eléctricas.

RETORNO DE LÍQUIDO Es una de las averías más comunes que encontramos en los compresores que han sufrido averías mecánicas. El retorno de líquido se produce principalmente cuando el recalentamiento del gas en la succión del compresor está tendiendo a “cero”, debido al efecto detergente del refrigerante. Él es capaz de remover toda la película de lubricación de las partes móviles del compresor y, consecuentemente, provocará su rotura mecánica. Cuando analizamos las piezas dañadas del compresor, podemos observar que el retorno de líquido deja las piezas “limpias”, o sea, sin aceite y sin señales de carbonización. Es lo que podemos observar en la imagen, donde este compresor sufrió avería mecánica debido al bajo valor del recalentamiento. Se percibe que la primera ocurrencia es el “enclavamiento” de los aros de compresión en los pistones, por causa del aumento de la resistencia de fricción provocada por la ausencia de lubricación. En la imagen aparece también otra parte dañada de este mismo compresor, el conjunto bomba de aceite.

Análisis del recalentamiento y el subenfriamiento. o El recalentamiento útil o estático, medido en la salida del evaporador y controlado por la válvula de

expansión, normalmente varía de 3 a 7K. El recalentamiento total, medido en la succión del compresor, varía de 8 a 20K. El recalentamiento es un mal necesario que evita retorno de líquido al compresor, sin embargo el mismo deberá ser mantenido dentro de las condiciones exigidas por el fabricante del equipamiento y compresor. Un recalentamiento muy bajo podrá provocar retorno de líquido para el compresor, consecuentemente sucederá su rotura mecánica prematura. Por otro lado, un recalentamiento elevado ocasionará altas temperaturas de descargas, carbonización del aceite, alta potencia consumida y reducción de la vida útil del compresor.

o El subenfriamiento es necesario para evitar el indeseado “flash gas” (evaporación instantánea del líquido) en la entrada de la válvula de expansión. De acuerdo con las buenas prácticas de la refrigeración, lo ideal es mantener el valor de subenfriamiento variando de 5 a 11K. El factor determinante para garantizar un buen subenfriamiento en la línea de líquido será la capacidad satisfactoria del condensador de atender todo el calor rechazado del sistema y un buen control de la temperatura de condensación.

o

Recalentamiento Subenfriamiento

Acción Aumenta Disminuye Aumenta Disminuye

Abrir la válvula de expansión X X

Cerrar la válvula de expansión X X

Cargar refrigerante X X

Retirar refrigerante X X

Observaciones importantes: 1) Variando 1K en el subenfriamiento, se varía 3K en el recalentamiento. 2) Válvula de expansión termostática: en sentido horario cierra y en sentido antihorario abre.

GOLPE DE LÍQUIDO En primer lugar, veamos el daño mecánico que está típicamente asociado a las presiones hidrostáticas resultantes del golpe de líquido.

El desmontaje de esos compresores reveló la avería de la válvula de succión del conjunto plato de válvulas causada por la tentativa de comprimir refrigerante líquido o aceite, o ambos. Una vez que un líquido es virtualmente no compresible, el golpe resultante daña de modo característico las válvulas de succión de ese conjunto. En este ejemplo pedazos de la válvula de succión rota han sido encontrados presos contra la válvula de descarga del lado del paso del gas.

CAUSAS DEL GOLPE DE LÍQUIDO Retorno del refrigerante líquido al compresor debido a válvula de expansión no dimensionada

correctamente. Retorno de refrigerante líquido debido a la carga reducida.

Debido al reducido intercambio producido en el evaporador por la creación de escarcha. Retorno del refrigerante líquido debido a la mala distribución del aire en el evaporador.

Una mala distribución del aire puede provocar la aparición de escarcha en distintos puntos del evaporador.

Migración de refrigerante. Migración es el resultado de la condensación de refrigerante en la parte más fría del sistema. El

refrigerante que circula como vapor se retiene en forma de líquido cuando se condensa en el local más frío. Generalmente ese local es el compresor o el evaporador cuando las temperaturas ambientes externas son elevadas.

La migración del refrigerante constituye una preocupación, principalmente en las instalaciones donde el compresor se encuentra instalado en un nivel más bajo que el del evaporador y/o condensador.

Para evitar la migración de líquido refrigerante proveniente del condensador, se recomienda instalar una válvula de retención en la línea de descarga del compresor. Es interesante también colocar un “sifón invertido” en la entrada del condensador.

En el caso del evaporador, se recomienda siempre que sea posible hacer la parada del compresor por recolección de líquido (pump down system). Sería muy importante también instalar un “sifón invertido” inmediatamente en la salida del evaporador, ya que podrá haber una pérdida a través de la válvula solenoide de la línea de líquido, la que normalmente no posee un cerramiento absolutamente hermético.

Retorno de aceite El retorno de aceite puede ser tan perjudicial como el retorno de refrigerante líquido apenas en

términos de golpe de líquido. Un sistema de tuberías bien proyectado promoverá un movimiento uniforme del aceite, evitando la acumulación de golpes nocivos de aceite.

PROBLEMAS DE LUBRICACIÓN Dentro de las categorías comunes de problemas de lubricación del compresor están la dilución del aceite, la pérdida de aceite y la viscosidad reducida del aceite debido al calentamiento del compresor. Dilución del Aceite

o Probablemente, el problema más común de lubricación es la dilución del aceite. Como el aceite posee una gran afinidad con el refrigerante se puede fácilmente entender cómo éste se puede diluir excesivamente por el refrigerante durante las paradas prolongadas, haciendo con que pierda gran parte de sus calidades de lubricación. Y dentro de ciertas bandas de temperatura normal, dependiendo del tipo de aceite, puede ocurrir que la mezcla de aceite y refrigerante se sature, causando la separación de los dos fluidos. La mezcla más densa, rica en refrigerante, busca la parte inferior del cárter, mientras que la mezcla menos densa, rica en aceite busca la parte superior. Además de eso, cualquier refrigerante que haya migrado y condensándose en el evaporador va a diluir más aceite en el arranque.

o Cuando se produce el arranque en un compresor con exceso de refrigerante en el cárter, una mezcla rica en refrigerante es succionada por la bomba de aceite. Siendo un excelente solvente, el refrigerante lava el aceite de las bancadas. Además el aceite altamente diluido forma mucha espuma y puede hacer que la bomba de aceite pierda realmente su capacidad de bombear por algún tiempo, después de la presión del cárter ser reducida en el arranque. Agregue a esa mezcla un golpe secundario de refrigerante migrado del evaporador y el escenario estará montado para una fallo mecánica, debido a una severa dilución del aceite y a un lavado con refrigerante.

Pérdida de Aceite o La pérdida de aceite no permite que el cigüeñal del compresor reciba lubricación o enfriamiento suficiente, lo

que resulta en la generación de una cantidad excesiva de calor y desgaste en los agujeros de las bielas.

Causas de la Pérdida de Aceite Existen varias causas para la pérdida de aceite del compresor:

Ciclos de refrigeración cortos: Durante largos períodos de ciclaje corto, el compresor puede bombear aceite para dentro del sistema en una proporción mayor del que está retornando. Eso, lógicamente, trae como resultado un nivel de aceite reducido. El ciclaje corto puede ser causado por baja carga de refrigerante lo que hace que el compresor entre en ciclo por el presostato de baja presión, por el estrecho ajuste en el diferencial del termostato de control, por las condiciones de carga mínima, etc.

Excesiva espumación del aceite: La espumación excesiva dentro del cárter del compresor es otra causa de pérdida de aceite. Cuando el aceite hace espuma dentro del cárter, él será arrastrado por el gas refrigerante y comprimido para dentro del sistema. Si la espumación persiste, es posible que el nivel de aceite pueda caer acentuadamente.

Largos períodos de funcionamiento en carga mínima, aliada a un proyecto inadecuado de la tubería. ELEVADAS TEMPERATURAS DE DESCARGA DEL COMPRESOR El sobrecalentamiento del compresor y el resultante recalentamiento del aceite provocan que el aceite pierda su viscosidad. Con la viscosidad reducida, el aceite no puede lubricar las partes móviles adecuadamente. La falta de lubricación, por su vez, puede hacer que las superficies de las bancadas se recalienten excesivamente, resultando en desgaste intenso, adherencia de las partes y carbonización del aceite. Un hecho que típicamente acompaña el recalentamiento del compresor es el desgaste del pistón. Dado que el índice de expansión térmica del pistón de aluminio es mayor que el del cilindro de hierro fundido, el pistón virtualmente se torna mayor que el diámetro interno del cilindro en altas temperaturas, haciendo con que el pistón se desgasta y no pueda trabajar. En muchos casos, el área de trabajo de los aros no es dañada porque el enclavamiento del pistón sucede antes de que pueda ocasionarse el daño de esa área.

Causas de Elevadas Temperaturas de Descarga del Compresor

Entre las causas comunes de elevadas temperaturas de descarga del compresor se encuentran la alta relación de compresión (baja presión de succión y alta presión de descarga), baja carga de refrigerante y control de la capacidad del compresor abajo de sus límites de proyecto. Cada una de esas condiciones lleva al mismo resultado – bajo flujo de la masa de refrigerante. Como el calor del motor y el calor de fricción producido por un compresor están siempre presentes, cualquier condición que reduzca el flujo de gas refrigerante abajo del mínimo exigido por el proyecto priva al compresor del enfriamiento necesario, produciendo una condición de elevadas temperaturas de descarga del compresor.

En el caso de que eso ocurra, verifique las temperaturas del aceite y descarga. La temperatura del aceite se toma en la superficie externa del cárter. De la misma forma, la temperatura de descarga se toma en la superficie del tubo de la línea de descarga, a una distancia equivalente a 10 cm. de la válvula de servicio de alta presión.

Esas temperaturas deben tomarse en superficies planas y limpias, libres de pinturas, corrosiones, etc. El termómetro debe estar firmemente fijado en la superficie y aislado para obtenerse la mejor lectura posible.

Las lecturas obtenidas no serán precisas debido a las pérdidas de conducción de calor a través del metal. Esta es una consideración importante al utilizarse las orientaciones sobre las temperaturas mencionadas más abajo.

La viscosidad del aceite se minimiza cuando el aceite llega a una temperatura entre 85ºC y 95ºC. Cualquier lectura de temperatura del aceite dentro de esa banda, agranda las probabilidades de que las películas de aceite se destruyan, resultando un contacto de metal con metal y eventual fallo mecánico.

Una alta relación de compresión generalmente se atribuye a problemas con el condensador, problemas con el evaporador, al inadecuado control del sistema, o a una combinación de esos tres problemas. La solución para ese problema es verificar la limpieza del evaporador y del condensador, la tasa de flujo de aire o de agua del condensador y del evaporador y las temperaturas de entrada y de salida del agua o del aire. Además de eso, el funcionamiento y el control del sistema deben ser estrechamente controlados para identificar cualquier otra forma de funcionamiento que pueda contribuir al bajo flujo de la masa de refrigerante.

PROBLEMAS DE CONTAMINACIÓN DEL SISTEMA Humedad

La presencia de agua en forma de humedad en un sistema frigorífico puede llevar a otras contaminaciones debido a la formación de oxidación, a la corrosión, a la descomposición del refrigerante, o al deterioro en general. Aliándose a cada uno de esos problemas con el consecuente daño que podrá ocasionarse con su presencia, otros fallos podrán tornarse obvios. Calor excesivo por motivo de la fricción, encobrado (copper plating) y desgaste innecesario de las superficies de precisión en contacto, todo eso puede estar unido a ese contaminante. Además la formación de hielo en la válvula de expansión restringirá el flujo de refrigerante o lo interrumpirá completamente. En algunos casos podrá ocurrir la formación de hielo alrededor de las paredes internas de la serpentina del evaporador, dificultando el cambio de calor entre el refrigerante con el ambiente que será enfriado.

Uno de los medios de detectar la presencia de humedad en un sistema es a través del análisis del aceite lubrificante del compresor. Se debe retirar una muestra de aceite y enviarla a un laboratorio especializado en análisis de aceite. La cantidad de humedad contenida en el aceite no deberá exceder 50 ppm.

Causas de la humedad La principal causa o fuente de contaminación por humedad la representa el aire introducido en el sistema durante la instalación de las tuberías de cualquier línea de refrigerante. Otra forma de introducción de humedad en el sistema son los aceites refrigerantes inadecuadamente manipulados y usados como sustitución del aceite del compresor por el personal técnico responsable.

Contaminación por Suciedad o por Aire

Materiales extraños, tales como suciedad, flujo de soldadura, o productos químicos, junto con el aire, producen desequilibrios químicos que provocan la ruptura de las moléculas de aceite. Esa condición, aliada al calor oriundo de las altas temperaturas de descarga del sistema y de las temperaturas de fricción, puede resultar en la formación de ácidos, incrustación (lodo) o en una combinación de ambos.

Asociada a la creciente fricción que ese proceso puede producir, el sistema entero inicia un proceso de autodestrucción. Además de los problemas básicos introducidos, reacciones químicas más complejas resultan en la formación de óxidos y de los elementos necesarios para el cobreamiento (copper plating).

Cobreamiento (copper plating) Las piezas en las que el revestimiento de cobre se encuentra más frecuentemente son las piezas de

tolerancias rígidas que funcionan a altas temperaturas, como el conjunto plato de válvulas del compresor, el cigüeñal y la bomba de aceite. El origen del revestimiento está en el sistema de tuberías.

Aceites Impropios La elección de los aceites para el compresor por el fabricante es un proceso mucho más detallado de lo que la

mayoría de los técnicos de mantenimiento pueda imaginar. Los aceites son elegidos conforme sus componentes analíticos para atender los objetivos de lubricación adecuada dentro de ciertas bandas de temperatura y con estabilidad química. Otras propiedades, como el punto “analine” que afecta el sellado y la dilatación del anillo “o`ring” y aquellos que limitan la estratificación del aceite/refrigerante en las bandas más bajas de temperatura de funcionamiento del sistema, también deben ser consideradas.

PROBLEMAS ELECTRICOS Algunos de los problemas comunes del compresor relacionado con la parte eléctrica se originan en la falta de fase en una de las tres fases, del bajo voltaje, de bobinados en cortocircuito, de sobrecalentamientos, de arrastre del rotor y de problemas de comando eléctrico. Cuando un motor falló se recomienda que los bobinados se limpien para su inspección. Su apariencia generalmente llevará a la causa aparente del fallo.

Disposición de la bobina del estator de un motor trifásico, de cuatro polos. Para este propósito, las cuatro bobinas o polos, de cada una de las tres fases tienen el mismo color, para facilidad de identificación.

Los bobinados de la fase de un motor típico son también fácilmente identificados porque cada enrolamiento es separado de los otros por una barra aislante.

Motor eléctrico totalmente quemado Hay mayor probabilidad de producirse una quema completa cuando el motor está en la posición de parada. En el momento en que el motor se energiza, las demandas eléctricas y físicas sobre los bobinados son las más fuertes. Si en esa ocasión la tensión es baja o el compresor está mecánicamente trabado, el motor se quemará, a no ser que los relés de sobrecarga sean disparados dentro de un espacio de tiempo muy corto. Cuando un motor se quema en la posición parada, el hollín y otros subproductos de la quema quedan confinados en el lado de succión del sistema. Con la ausencia de una protección adecuada del motor, otra causa de quema es el inadecuado enfriamiento del motor debido a un flujo reducido, o inexistente, del gas de succión. Como ese tipo de quema se produce cuando el compresor está funcionando, los subproductos de la quema son frecuentemente llevados para el lado de descarga del sistema. Causas de un motor eléctrico totalmente quemado Motor compresor libre

o La causa del problema puede ser eléctrica. El análisis eléctrico deberá iniciarse con la verificación de la tensión eléctrica y del desequilibrio de fase. La tensión eléctrica deberá estar dentro de más o menos un 10% de la tensión de placa del compresor y el desequilibrio de fase no deberá exceder el 2%.

Motor compresor agarrotado o El fallo del compresor es por motivos mecánicos.

Otra causa del problema podrá ser el bajo flujo de gas de succión o inexistencia de flujo. Verifique la condición del contactor, si los contactos están soldados (pegados), es posible que el compresor haya recogido el gas del sistema y haya dejado de funcionar. El funcionamiento continuo sin flujo de gas refrigerante sobre el motor hizo que serecalentara y eventualmente quemara. Quemas localizadas del motor eléctrico

Fragmentos de metal resultante de un fallo mecánico pueden quedar alojados en los bobinados del motor. Ahí pueden funcionar como herramienta de corte, causando daño a lo aislamiento del motor.

Una quema localizada como esa puede llevar semanas o meses después de que un compresor recuperado haya sido reinstalado en el equipamiento. Las partículas metálicas quedan en el motor hasta que alcancen una posición donde puedan causar daños. Consecuentemente, es siempre recomendable remover e inspeccionar el motor y la rotura después de la avería, principalmente las piezas involucradas.

Falta de Fase y sus Causas

La falta de corriente en una de las fases de un motor trifásico produce que éste actúe como si fuera monofásico. Esto significa que las dos fases restantes trabajan con corriente excesiva. Si los relés de sobrecarga no apagan el motor rápidamente, estas dos fases se quemarán.

Arrastre del Motor El arrastre del motor es otra causa de los problemas eléctricos del motor. Como la holgura entre el rotor y el

estator es muy pequeña, el desgaste de la bancada principal puede hacer que el rotor se incline suficientemente para rozar en el estator.

VERIFICACIONES ANTES DEL ARRANQUE Sistema Eléctrico 1. Primeramente, verifique que todas las conexiones eléctricas estén bien apretadas. Las conexiones adecuadamente firmes son muy importantes, ya que las conexiones con cables flojos causarán caída del voltaje el que podrá servir de instrumento como causa primaria de varios fallos eléctricos. 2. Verifique las condiciones de todos los contactores. Si los contactos están en malas condiciones, cámbielos. Hay informaciones específicas del fabricante al respecto de cómo determinar si los contactos ya han superado su vida útil. 3. El voltaje del contactor del compresor deberá verificarse para tener certeza de que se está dentro de + 10% del voltaje de la placa del compresor. 4. El desequilibrio de fases debe ser verificado. El cálculo es definido como 100 veces la suma de los desvíos entre las fases y la tensión media (en valor absoluto), dividido por dos veces la tensión media. Ejemplo: Lectura de las tensiones eléctricas entre fases = 219, 216 y 225 Volts.

Como el desequilibrio de fases máximo aceptable es de 2%, ese porcentaje de 2.27% no es aceptable. Cuando tal condición sucede o la tensión del contactor no esté dentro de +10% de la tensión nominal, se le deberá avisar a la compañía de energía local y corregirse la condición antes de intentarse dar arranque al compresor. 5. Inspeccione los relés de sobrecarga en lo referente a un correcto ajuste. Si hay equipamiento disponible, es una buena idea cargar realmente y desarmar los relés de sobrecarga para conferir su punto de ajuste (calibración).