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Compresores de Fro Su Funcionamiento y Cuidado

Fecha de Publicación: 26/7/2013

Compresores de fro son crticos para muchas industrias, pero frecuentemente encontramos que son mantenidos por personal con poco conocimiento y sus pedidos de aceites son mal interpretados por el personal de adquisiciones o compras. En este boletn explicaremos un poco de su funcionamiento y el efecto de diferentes lubricantes en los retenes y sellos, adems del comportamiento de diferentes aceites en la lubricacin en fro.

El propsito del sistema de refrigeracin


Por definicin, fro es la carencia de calor. El calor no puede ser eliminado, pero puede ser trasladado a otro lado. El propsito de cualquier sistema de refrigeracin es extraer el calor de algo (producto o cuarto) y depositarlo en otro lugar.
Este concepto es importante cuando buscamos problemas de eficiencia, ya que un condensador localizado en un lugar caliente tendr ms dificultad disipando su calor y dejar el lquido ms caliente para retornar al sistema donde tiene que volver a cargar ms calor del producto o cuarto a ser refrigerado.
Esto es como una volqueta de 10 cubos que no vaciamos completamente y dejamos con medio cubo ms de tierra cada vez que pasa para su descarga. Cada vez que carga, carga menos.
Para trasladar el calor, el compresor crea un vaco,
chupando el gas caliente del evaporador, comprimindolo a un gas con alta temperatura y mandndolo a un condensador donde se puede extrae el calor generado, creando un lquido. De all se lo expande rpidamente, lo cual lo convierte de nuevo a un gas fro. Al convertirse en gas, sta sustancia fra puede calentarse, absorbiendo el calor del rea donde se encuentra.

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El gas

Existen ms de 100 gases que pueden ser utilizados para trasladar el calor de un lado a otro.

Cada uno de estos gases tiene ventajas y desventajas. Cada uno tiene sus aplicaciones especficas donde es el mejor o ms eficiente. En la mayora de las aplicaciones pequeas qu encontramos, se utiliza Haloalkanes (Freon es el ms conocido) - (conocido como chlorofluorocarbon) (CFC). Freon es el nombre comercial del CFC producido por Dupont Corporation. Esto fue originalmente diseado para ser menos peligro para los hogares que los gases utilizados aos atrs, y eficiente en sistemas pequeos. Despus se encontr que este gas es peligroso para el medio ambiente (capa de ozono). In 1995 la produccin de CFC fue declarado ilegal en los EEUU. Esto fue reemplazado con diferentes combinaciones de gases para sistemas pequeos. En la mayora del mundo, los sistemas que continan con Freon tienen que ser revisados con frecuencia y mucho control sobre su descarga y recarga.

El gas ms eficiente en transferencia de calor, ms econmico, y menos daino al medio ambiente es Amoniaco. La mayora de los sistemas grandes de refrigeracin de alimentos utilizan amoniaco por su amplio rango de temperaturas (hasta -70 C) y alta seguridad (se puede oler cualquier escape de gas). En caso de alguna prdida, el amoniaco que sale es detectado por su olor, y una vez que absorbe agua, es absorbido por la tierra como abono.
En general, por la eficiencia del amoniaco, un sistema de refrigeracin que utiliza amoniaco es entre 10% y 20% ms pequeo y ms econmico para fabricar.

  • Compresores Alternativos (Pistn) de amoniaco son limitados a una compresin en una sola etapa de 8:1 por el calor generado. Para temperaturas debajo de 0 C se requiere dos etapas.
  • Compresores a tornillo con la inyeccin de aceite pueden llegar a -20 C comomximo en una sola etapa, pero normalmente son de dos etapas para mayor eficiencia y menos problemas mecnicos.

Lubricacin:

Sistemas de refrigeracin que utilizan Freon y otros gases similares funcionan con una mezcla del gas y el aceite, circulando juntos en el sistema. Los aceites utilizados en compresores de Freon requieren un punto de formacin de ceras Floc Point muy bajo porque esto es el punto en que la mezcla de Freon y aceite forma depsitos de cera.
Tradicionalmente los ingenieros han puesto el Floc Point como la caracterstica ms importante en cualquier lubricante de compresores de fro.

Es importante destacar que esto no ocurre en sistemas donde se utiliza amoniaco para el gas.
Esta caracterstica solamente se presenta en mezclas con el Freon y gases parecidos o diseados para reemplazar el Freon.

Adems el lubricante no es miscible en amoniaco. Cuando hablamos de sistemas de refrigeracin con amoniaco, el punto ms importante es el punto de fluidez.

Mientras la temperatura del sistema es mayor que el punto de fluidez del aceite, ste podra mantenerse fluido y drenar del evaporador. Cuando el aceite solidifica, no puede drenarse, tapando las caeras del evaporador. Notamos las caractersticas (de la ficha tcnica) de uno de los aceites ms buscados para sistemas de refrigeracin en este pas (por manual viejo o tradicin), que este aceite tiene un punto de fluidez de -30 C, con un Floc Point de -50 C. El Floc Point no tiene importancia en un sistema de amoniaco, ya que el aceite estar congelado mucho antes de eso.

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Por lo que cualquier aceite que llega al evaporador reducir la eficiencia del sistema, los compresores de amoniaco tienen separadores de aceite para eliminar todo el aceite posible antes de que vaya al evaporador.

Los cuatro problemas reales en la lubricacin de compresores de amoniaco

Volatilidad: Un aceite muy voltil ir rpidamente con el amoniaco reduciendo la eficiencia del evaporador y evaporar del sistema, necesitando mayor relleno. Este dato no aparece en si en las fichas tcnicas, pero podemos ver como gua el punto de inflamacin. Entre ms alto el punto de inflamacin, menos volatilidad.

  • Podemos ver de la ficha arriba que ese producto tiene un punto de inflamacin (Flash Point) de 204 C.
  • Aqui podemos ver los datos de otro aceite vendido aqu para amoniaco.
  • Otro aceite que veremos ms adelante es 188 C para la misma viscosidad.

Algunos estudios han documentado la reduccin de hasta 70% en la cantidad de aceite usado en el curso del ao para rellenos del sistema basado en la evaporacin.

  • Miscibilidad en el amoniaco: Este valor no aparece en ninguna ficha. Pero sabemos que un aceite Naftnico es mucho ms miscible por que un aceite Parafnico o Sinttico por su solvencia.
  • La reaccin de compuestos aromticos con el amoniaco: Un punto raramente considerado es que los compuestos aromticos y azufres en los aceites Naftnicos tienen reacciones qumicas con el amoniaco, causando corrosin y depsitos en el sistema.
  • Viscosidad: El elemento ms critico en la seleccin de un aceite lubricante es la viscosidad. En un compresor de amoniaco necesitamos un aceite que lubrica a altas temperaturas del compresor pero fluye en las temperaturas bajas del evaporador.


Las diferencias de viscosidades entre aceites

Tenemos dos opciones principales en aceites para amoniaco: Aceites Naftnicos y Aceites Parafnicos API grupo II donde convirtieron las impurezas y ceras a molculas saturadas lubricantes.

Veremos el comportamiento del aceite mostrado arriba con dos ms. El fabricante del primero aparentemente reconoce que no es fluido en temperaturas bajas y compensa ofreciendo viscosidades inferiores para compensar. Mientras esto resuelve el problema de fluidez en el evaporador, provee menos proteccin en el compresor.

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El objetivo es buscar un aceite que fluye en fro y mantiene su cuerpo y proteccin en el calor.
En el siguiente grafico podemos ver que los aceites Naftnicos ISO 68 son casi cuatro veces ms espesos a -20 C que el aceite Parafnico grupo II ISO 68 y once veces ms viscosos a - 40 C.

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Los aceites Naftnicos ISO 68 son muy espesos
en el fro.
Los aceites Naftnicos ISO 68 son muy
delgados en el calor.

Algunas personas, tratando de solucionar el problema de fluidez en fro, bajan la viscosidad ISO al 46 cSt (lnea rosada de puntos largos). Esto baja la viscosidad en fro (hasta -10 C) casi al punto de un ISO 68 grupo II (en este caso el American de base MAX-SYN), pero eso tambin baja la viscosidad en calor. Si la temperatura del compresor llega a 150 C, los aceites Naftnicos ISO 68 tienen 20% menos viscosidad que el grupo II e ISO 46 tiene 33% menos viscosidad.

Oxidacin

Un punto que tpicamente no se considera es la diferencia en oxidacin entre aceites Naftnicos y Parafnicos grupo II de la calidad que mostramos aqu. Los compuestos aromticos y las molculas no saturadas en los aceites Naftnicos se oxidan rpidamente, espesndose y necesitando mayor frecuencia de cambios. En esta foto podemos ver la descomposicin del aceite Naftnico con el uso. La foto de la izquierda es el aceite Naftnico nuevo, y la de la derecha usado. Los depsitos formados por la oxidacin y descomposicin de los aceites Naftnicos frecuentemente son encontrados en los retenes y otras partes del compresor y el evaporador donde no llega el aceite con bastante presin para eliminarlos. Estos depsitos reducen la eficiencia del sistema y causan mayores daos a los retenes, mayor desgaste de cojinetes, y corrosin de varios componentes.

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En el siguiente cuadro podemos ver como esa oxidacin afect la viscosidad del aceite y el desgaste del compresor. Estos dos anlisis muestran el aceite Naftnico (#98519) con 1000 horas de uso, mientras la lnea superior es del aceite Parafnico grupo II en el siguiente periodo de operacin. Esta segunda muestra (#224580) tiene una contaminacin por otro aceite que contiene fsforo, pero aun as se ve que el grupo II ha mantenido su viscosidad 68, mientras el Naftnico subi a 134 cSt, duplicando su viscosidad por oxidacin. El cambio del tipo de aceite result en una reduccin de desgaste de 38%.

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Compatibilidad de Retenes Uno de los problemas con aceites Naftnicos es su alta solvencia, lo cual viene de su alto contenido de compuestos aromticos. Para saber el efecto de diferentes aceites en los retenes, se usa la prueba ASTM D 471. Aqu notamos el efecto de estos dos aceites en los tres materiales ms utilizados en retenes de compresores de amoniaco.

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Se ve en esta tabla que retenes de neopreno son muy susceptibles a deterioracin con aceites Naftnicos. Sellos deteriorados por aceites Naftnicos tienen que ser reemplazados con frecuencia, y deberan ser cambiados antes de cambiar al aceite grupo II.

Resumen

El cambio de aceites Naftnicos al aceite altamente refinado API grupo II como el American Ammonia Refrigeration Oil:

  • Aumentar la eficiencia del sistema
  • Reducir la cantidad de aceite usado hasta 70% en rellenos.
  • Extender el intervalo entre cambios de aceite. Frecuentemente se puede aumentar
    hasta 6 veces este intervalo.
  • Reducir el taponamiento de filtros.
  • Reducir las reparaciones del compresor y la limpieza del evaporador


Al hacer el cambio en compresores con retenes de goma neopreno, hay que revisar bien los retenes o cambiarlos, ya que pueden estar en mal estado.

Cuando compra aceites para un compresor de amoniaco, estudie bien las fichas y evite los productos Naftnicos obsoletos. Asegrese que sea aceite API grupo II desparafinado o sintetizado.

Es muy importante asegurar que ningn aditivo es adicionado al aceite del sistema de refrigeracin y que los recipientes utilizados para rellenos son totalmente limpios. Residuos de aditivos de otros aceites pueden reaccionar con los aditivos en el aceite o el amoniaco causando daos significativos.

Por: Richard Widman
Fuente: www.mantenimientomundial.com