Estudio teórico-experimental de compresores de pistón herméticos con diferentes refrigerantes

Abstract

[EN] This thesis is included within the objectives of the project of the Ministerio de Ciencia yTecnologia DICORE.Within the frame of this project, the thesis is focused in the study of hermetic piston compressors for refrigeration systems to attend their adaptation and use with new refrigerants. Firstlyaseriesoffivereciprocatingcompressorsofdifferentcapacitieslubricated with POE working with propane and R407C were analyzed. Since traditionally the compressors working with propane have being lubricated with mineral oil of high viscosity, an additionally a comparative study between a MO of high viscosity and the used POE were developed to evaluate the possible convenience of using POE of lower viscosity with propane. These tests included a compressor characterization with both oils, OCR measurement (Oil Circulation Rate) and finally thedesignofaproceduretomeasuretheoilexpelledbythecompressorinthestartup. Once verified the reliability in the experimental level of propane as refrigerant with this compressors. A general semi-empirical compressor model which allows on the one hand to analyze from a theoretical point of view the observed differences between both refrigerants and on the other hand to asses the design of compressors working with other refrigerants. The obtained model allows obtaining an estimation of the volumetric efficiency and the compressor when the refrigerant with an error lower than 3% in most of the tested working conditions. Finally, the development of the model has pointed out the possibility of the existence of an effect of condensation of the refrigerant during the compression process. Thiseffectthathabituallyisnotcontemplatedinthemodelsofthebibliographywould allow to explain the discrepancy between the dead volume of the compressor considered by the manufacturer and the obtained dead volume with the model.

[ES] La presente tesis se encuentra englobada dentro de los objetivos del proyecto del Ministerio de Ciencia y Tecnología DICORE. En este contexto este trabajo se centra en el estudio de compresores de pistón herméticos para sistemas de refrigeración con el fin de asistir a su adaptación y uso con nuevos refrigerantes. Inicialmente se procedió a analizar una serie de cinco compresores de pistón de distintas capacidades lubricados con POE funcionando con propano y con R407C, observando a nivel experimental las diferencias observadas en su comportamiento. Puesto que tradicionalmente los compresores que han utilizado propano han venido siendo lubricados con aceite mineral de viscosidad alta, se realizó adicionalmente un estudio comparativo entre aceite MO clavus GV 68 y POE ISO 32 con el fin de determinar la posible aparición de algún problema relacionado con la lubricación y el aceite POE de menor viscosidad. En estas pruebas se procedió a caracterizar un compresor funcionando con ambos tipos de aceite, a realizar medida de OCR (Oil Circulation Rate) y por último se diseño un procedimiento de medida del aceite expulsado por el compresor en el arranque. Una vez comprobada la viabilidad a nivel experimental del propano como refrigerante en este tipo de compresores se procedió a realizar un modelo semiempírico general de compresor que permitiese por un lado analizar desde un punto de vista teórico las diferencias de funcionamiento de ambos refrigerantes. Dicho modelo permitiríaasíasistiraldiseñodecompresoresfuncionandoconotrosrefrigerantes. El modeloasíobtenidoproporcionaobtenerunaestimacióndelrendimientovolumétrico y del compresor cuando se sustituye el refrigerante con un error inferior al 3% en la mayoría de las condiciones de trabajo evaluadas. Porúltimo,eldesarrollodelmodelohaapuntadolaposibilidaddelaexistenciade una condensación de parte del fluido frigorígeno durante el proceso de compresión. Dicho efecto que no es habitualmente contemplado en los modelos de la bibliografía permitiríaexplicarladiscrepanciaentreelvolumenmuertoestimadoporelfabricante del compresor y el volumen muerto obtenido con el modelo.

[CA] La present tesi es troba englobada dins dels objectius del projecte del Ministeri de Ciència i Tecnologia DICORE. Dins d’aquest context este trevall es centra en l’estudidecompressorsdepistóhermèticsperasistemesderefrigeracióperaassistir a la seua adaptació i ús amb nous refrigerants. Primerament es va procedir a analitzar una sèrie de cinc compressors de pistó de distintescapacitatslubricatsambPOEfuncionantambpropàiambR407C,observant a nivell d’experimental les diferències observades en el seu comportament. Ja que tradicionalment els compressors que han utilitzat propà han vingut sent lubricats amb oli mineral de viscositat alta, es realitze addicionalment un estudi comparatiu d’estos dos olis a fi depoder establir l’existència d’algun problema relacionat amb la lubricació i l’oli POE de menor viscositat. En estes proves es va procedir a caracteritzar un compressor funcionant amb estos dos tipus d’oli, a realitzar mesura d’OCR (Oil Circulation Rate) i finalment se disseny un procediment de mesura de l’oli expulsat pel compressor en l’arrancada. Una vegada comprovada la viabilitat a nivell experimental del propà com a refrigerant es va procedir a realitzar un model semi-empiric general de compressor que permetera d’una banda analitzar des d’un punt de vista teòric les diferències de funcionament d’estos dos refrigerants permetent així assistir al disseny de compressors funcionant amb altres refrigerants. El model així obtingut permet obtindre una estimació del rendiment volumètric i del compressor quan se substituïx el refrigeren-te amb un error inferior al 3% en la majoria de les condicions de treball avaluades. Finalment, el desenrotllament del model ha apuntat la possibilitat de l’existència d’una condensació de part del fluid frigorigen durant el procés de compressió. Dit efecte que no és habitualment contemplat en els models de la bibliografia permetria explicar la discrepància entre el volum mort estimat pel fabricant del compressor i el volum mort obtingut amb el model.