En edificios con sistemas de aire acondicionado y climatización, más de 80% de la energía utilizada se destina a estos equipos, y de ello, la mayor parte corresponde al funcionamiento de compresores. Por esta y otras razones, la tecnología scroll se presenta como una opción de alto rendimiento y precisión.
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Conformidad axial y radial
La conformidad se define como la capacidad que permite a las espirales del scroll separarse ligeramente en dirección axial o radial debido a la acción de elevadas presiones o presencia de impurezas.
La conformidad axial es la separación de la punta de una espiral, de la base de la espiral opuesta.
Hay varios métodos para lograr este tipo de conformidad. Uno de ellos consiste en utilizar sellos para la punta de la espiral, haciendo una ranura pequeña a lo largo de la punta de cada elemento espiral para luego insertarle un sello flexible (generalmente hecho con material de anillo de pistón) que esencialmente realiza la misma función de un anillo de pistón regular (cuando las espirales se separan, el sello mantiene el contacto con la base contraria). Con este diseño la fabricación se hace más compleja cuando los perfiles de las espirales son muy anchos.
Otra posibilidad es aplicar una carga, a la espiral fija o la orbitante es mediante presión de gas, para mantener sellada la punta y base de contacto. Un método típico para lograrlo, es permitir un pequeño grado de movimiento axial al scroll fijo, se instala un sello en una cavidad hecho en el scroll fijo; este sello tiene dos propósitos principales: uno es mantener sellados y separados el lado de alta presión (descarga) del lado de baja presión (succión); el otro objetivo es proporcionar la carga de gas requerida para mantener el contacto necesario entre la punta de la espiral y la base, mediante una cavidad intermedia formada bajo el sello, luego de insertarlo en el scroll fijo.
Durante la operación, la cavidad intermedia se presuriza mediante la alimentación de gas por un pequeño pasaje que conecta la cavidad y uno de los bolsillos de compresión formados en el scroll. Al momento del arranque, el sello está en posición relajada sin carga, por lo que incluso a presiones elevadas de succión, el torque es bajo debido a la fuga en los bordes, pero a medida que el compresor alcanza su condición de operación, la presión de la cavidad intermedia crece y carga el ensamblaje de las espirales.
El scroll orbitante en este arreglo es soportado por una superficie de propulsión rígida con la ventaja de reducir la carga real sobre las puntas, necesaria para generar un sello, ya que el buje rígido acomoda el movimiento lateral del scroll orbitante creado por las cargas tangenciales de gas. Un método de carga de un gas orbitando tendría cargas mayores en los bordes con el propósito de contrarrestar el movimiento lateral, incrementando así la fricción y reduciendo la eficiencia del compresor. La conformidad axial también proporciona los beneficios de una presión constante de sellado durante la operación y de una carga automática al momento del arranque.
La conformidad radial es la habilidad de los flancos de las espirales para separarse ligeramente en dirección radial, al permitir que la espiral móvil se desplace a una distancia pequeña en dirección radial y mediante el uso de un buje descargador en el extremo del eje del compresor. La fuerza centrífuga generada por la masa rotatoria del scroll orbitante crea el sellado de los extremos de ambas espirales. Las fuerzas de gas generadas por el proceso de compresión se oponen a esta carga y son proporcionales al diferencial de presión de operación. Durante la operación normal, la fuerza centrífuga es mayor que la del gas que mantiene el sello. Al permitir que la espiral se mueva hacia adentro o “descargue”, el conjunto del scroll puede manipular pequeñas cantidades de impurezas o líquido adicional. La conformidad radial es un método excelente para asegurar el correcto sellado y proporciona protección contra pequeñas impurezas y refrigerante líquido.
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Inyección de vapor y calor
La inyección de vapor es un método usado para mejorar el rendimiento de los compresores scroll en refrigeración. Incluso puede extender el rango de operación un compresor a más bajos niveles de temperaturas de evaporación. El esquema de inyección de vapor generalmente usado en un scroll en refrigeración consiste de los siguientes componentes básicos: un condensador, un evaporador, un compresor, un intercambiador de calor, un tubo capilar y una válvula solenoide de cierre.
Una pequeña cantidad de refrigerante es removida del condensador y luego circulada a través de un lado del intercambiador de calor. Este refrigerante se inyecta entonces en el compresor scroll como vapor saturado. La cantidad de refrigerante inyectada se determina por la diferencia entre la presión del condensador y la presión del bolsillo del scroll, así como por el diámetro del tubo capilar. El refrigerante restante del condensador circula a través del otro lado del intercambiador de calor antes de ser expandido y entrar al evaporador. Al circular a través de un intercambiador de calor, el refrigerante que entra en el evaporador es subenfriado y por lo tanto se obtiene un incremento en el efecto frigorífico obtenido, esto produce un aumento en la capacidad de enfriamiento del sistema. También hay un ligero aumento en el consumo de potencia del compresor, debido al aumento del trabajo al comprimir el refrigerante inyectado adicionalmente. Sin embargo, el efecto neto logrado es un aumento tanto en la capacidad como en la eficiencia del compresor.
