Scroll de refrigeración ZF24 K4E...ZF48 K4E ZS56 K4E...ZS11 M3E ZB56 KCE...ZB11 MCE

Guía de Aplicación

1

Introducción .............................................................................................................................. 3

2

Nomenclatura ........................................................................................................................... 3

3

Refrigerantes homologados ..................................................................................................... 3

4

Lubricación ............................................................................................................................... 4

5

Inyección de refrigerante .......................................................................................................... 5

6

Filtros ........................................................................................................................................ 6

7

Resistencia de cárter................................................................................................................ 6

8

Parada por baja ........................................................................................................................ 6

9

Controles de presión ................................................................................................................ 6

10 Silenciadores ............................................................................................................................ 7 11 Temperatura de la carcasa....................................................................................................... 7 12 Funcionamiento en vacío elevado............................................................................................ 7 13 Parada ...................................................................................................................................... 7 14 Cortes de alimentación breves ................................................................................................. 7 15 Control de la temperatura de descarga.................................................................................... 7 16 Protección electrónica .............................................................................................................. 8 17 Control de fases ....................................................................................................................... 9 18 Comprobación funcional del protector y detección de fallos.................................................... 9 19 Instalación eléctrica ................................................................................................................ 10 20 Conexiones eléctricas ............................................................................................................ 10 21 Terminales de cables ............................................................................................................. 11 22 Ruido y vibración en la línea de aspiración............................................................................ 11 23 Comprobación funcional del compresor................................................................................. 12 24 Prueba de aislamiento............................................................................................................ 13 25 Instalación............................................................................................................................... 13 26 Procedimiento de evacuación y carga del sistema ................................................................ 14 27 Arranque ................................................................................................................................. 14 28 Sentido de giro ....................................................................................................................... 14 29 Válvulas de servicio y adaptadores........................................................................................ 15 30 Desmontaje de componentes del sistema ............................................................................. 16 31 Sustitución del compresor ...................................................................................................... 16 32 Directiva de equipos a presión ............................................................................................... 16 33 Diagramas de Trabajo ............................................................................................................ 17 34 Comparaciones ZB/ZS ........................................................................................................... 19 35 Códigos de motor ................................................................................................................... 19

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1 Introducción Es esta guía se describen las características de funcionamiento y de diseño, así como los requisitos de aplicación de los compresores Scroll de refrigeración de 7.5 a 15 HP.(ZF40K4ETWD, ZS 92K4E-TWD y ZB11MCE-TWD). Esta familia de compresores Scroll se caracteriza fundamentalmente por su sistema de protección que, mediante sensores internos y un módulo electrónico externo, evita el sobrecalentamiento del motor y protege al compresor de la alta temperatura de descarga. Para más información, consulte el “Catálogo de productos” o el “Software de selección Copeland”. Todo ello se encuentra disponible en nuestra Web www.ecopeland.com. Algunas de las características de funcionamiento y diseño descritas en la presente guía son diferentes de las de los modelos de compresores Scroll Copeland más pequeños. Esta guía en ningún caso pretende entrar en conflicto con la experiencia probada sobre los sistemas de refrigeración que los propios instaladores o fabricantes de equipos ya posean. 2 Nomenclatura Los valores incluidos en la designación del modelo de los compresores Scroll Copeland indican la capacidad nominal de los mismos en condiciones de funcionamiento ARI, y en BTU/h a 60 Hz. Todos los compresores Scroll de refrigeración se suministran con aceite éster, tal y como lo indica la letra “E” incluida en su nomenclatura. Denominación de modelos

ZF 33K4E - TWD - 551 1 2

3 4 5

6

7

1

Z=

Familia de compresor: Z = Scroll

S= F= B=

Alta/media temperatura Baja temperatura Alta/media temperatura

3-

capacidad nominal [BTU/h] a 60 Hz y condiciones ARI, con multiplicadores "K" por 1.000 y "M" por 10.000

4-

variante de modelo

5-

aceite POE

6-

versión de motor

7-

versión de suministro

551:

Conexiones roscadas Rotalock, visor de aceite, Obús para llenado o vaciado de aceite.

3 Refrigerantes homologados Los refrigerantes R22, R404A, R507 y R134a están homologados para todos los compresores Scroll de refrigeración. La serie ZB de compresores también está homologada para R407C. Es esencial tener en cuenta el deslizamiento de las mezclas de refrigerante R407C al ajustar los controles de presión. Los diagramas de trabajo para cada refrigerante se indican en el apartado 33.

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4 Lubricación Como norma general siempre se deberá mantener el nivel de aceite aproximadamente a la mitad del visor del compresor. Si se utiliza un regulador, el nivel en este caso debería de encontrarse por encima de la línea media del visor que se encuentra en el citado regulador (para el funcionamiento en paralelo, véase la guía C6.2.5/0901/E).Todos los compresores se entregan con una carga inicial de aceite. El tipo de aceite estándar empleado es el lubricante polioléster (POE) ICI Emkarate RL 32 CF (32 cSt). Sobre el terreno, el nivel de aceite puede ser rellenado con ICI Emkarate RL 32 CF o Mobil EAL Arctic 22 CC. Los valores de recarga se pueden obtener en el correspondiente catálogo o en el programa de selección. Con los compresores se deben utilizar únicamente estos aceites específicos. Bajo ninguna circunstancia se deberán mezclar aceites éster con aceites minerales o alkilbencenicos cuando se utilicen refrigerantes HFC. El aceite éster tiene un carácter extremadamente higroscópico (véase la figura 1), aspecto este que afecta claramente a su estabilidad. El número de ciclos de arranque/paradas en un compresor Scroll se debe limitar a 10 por hora. Una frecuencia elevada, con el consiguiente arrastre de aceite a la instalación en cada ciclo, podría provocar un defecto de lubricación en el compresor. Este problema se pondrá especialmente de manifiesto si el tiempo de funcionamiento posterior al arranque del compresor no es suficiente como para garantizar que el aceite desplazado retorne nuevamente al mismo. Se debe tener en cuenta, que hasta cierto punto, el aceite siempre se encuentra en el sistema en el interior de todos los componentes recubriendo los mismos en una cierta extensión. La viscosidad del aceite varía con la temperatura del refrigerante mientras que la velocidad del gas en el sistema varía con dicha temperatura y la carga. Si en condiciones de carga baja se diera el caso de que la velocidad del gas no sea lo suficientemente elevada como para que el aceite

ppm 1500 POE

K11.0/0593

1000 500 mineral oil 50 Fig. 1:

100

150

200

250

300 h

Absorción comparada de humedad en aceite éster y aceite mineral en [ppm] a 25°C y 50% de humedad relative. h = horas.

retorne al compresor, se deberán diseñar las tuberías del sistema de la forma adecuada para obviar el citado problema. Se debe hacer vacío en el sistema hasta niveles de 0,3 mbar/0,22 Torr. o inferiores. En caso de duda en cuanto al contenido de humedad, es recomendable tomar una muestra de aceite de diferentes puntos y comprobar dicho contenido. La humedad residual en la instalación debería de encontrarse por debajo de 50 ppm si se ha procedido a hacer el correcto vacío en el interior de la misma (véase el procedimiento de evacuación y carga del sistema en el apartado 26) y se ha utilizado un filtro secador adecuado (se recomienda núcleo sólido XH9 o superior). Los visores de líquido/indicadores de humedad estándar actualmente disponibles se pueden utilizar con los refrigerantes HFC y lubricantes aprobados para ellos; no obstante, será necesario considerar que el indicador de humedad sólo detectará el contenido de la misma que se encuentra presente en el refrigerante líquido, y que por lo tanto, el nivel de humedad real presente en el aceite POE podrá ser muy superior al indicado por el visor. Ello se debe al carácter altamente higroscópico de dicho aceite. Debido a la elevada higroscopicidad del aceite POE, se recomienda no retirar los tapones de las conexiones del compresor hasta que éste vaya a ser instalado. C6.2.3/0203/S

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5 Inyección de refrigerante En aplicaciones de baja temperatura, los modelos ZF requieren de una inyección de líquido o vapor al objeto de mantener la temperatura del gas de descarga dentro de unos márgenes de seguridad aceptables. Para ello, el compresor se suministra con una toma de ¼ “ de diámetro donde se deberá conectar el tubo capilar apropiado según modelo. La inyección se efectúa en dos cavidades diferentes en el interior de las espirales y todo ello sin alterar el proceso de aspiración del gas en las mismas; la inyección incrementa ligeramente el caudal de refrigerante a través de la línea de descarga y el condensador de la instalación. La inyección de vapor provoca un enfriamiento del gas refrigerante comprimido por el compresor y amplía los márgenes de trabajo del mismo. Asimismo, la inyección de vapor con el uso de un economizador subenfría el líquido que va al evaporador e incrementa el rendimiento de la instalación.Se obtiene un subenfriamiento optimo del líquido refrigerante si el flujo de éste con respecto al gas se realiza a contracorriente, tal y como se muestra en la figura adjunta. A fin de asegurar una circulación apropiada del aceite, el gas debería de salir del intercambiador de calor por la parte inferior del mismo, aspecto éste que resulta esencial en el caso de que se empleen intercambiadores de placas que deban de ser montados en posición vertical. La inyección de líquido amplia el diagrama de trabajo con respecto a la inyección de vapor, tal y como puede observarse en los gráficos adjuntos del apartado 33.El tubo capilar se suministra arrollado en el interior de una carcasa y con una abrazadera para adaptarlo al puerto de inyección. Su instalación resulta necesaria para alimentar con la cantidad adecuada de líquido refrigerante al compresor o al economizador (inyección de vapor). En caso de que en lugar de utilizar el tubo capilar suministrado por Copeland se desee construir uno propio, consúltense las especificaciones indicadas en el cuadro 1.Inmediatamente antes del tubo capilar, en el sentido de la circulación del refrigerante, se debe instalar una válvula solenoide estándar como por ejemplo una ALCO 110 RB 2T2. El puerto de la válvula debe tener un diámetro mínimo de 1,4 mm y se debe conectar de tal forma que abra la circulación del refrigerante cuando el compresor esté en marcha y cierre dicha circulación: • cuando el compresor se pare • durante la fases de desescarche por gas caliente • durante la parada por baja A fin de evitar la obstrucción de la válvula y el dispositivo de inyección se debe instalar un filtro secador como el ALCO ADK-Plus 036MMS o el ADK-Plus 032S.Si el protector interno del motor saltara, es imperativo que se desconecte la alimentación eléctrica de la válvula solenoide de inyección. Filtro secador

Filtro secador Condensador

Condensador

V.solenoide Tubo capilar

V.solenoide Compresor

Compresor Tubo capilar

Evaporador

Evaporador

TEV

TEV

Fig .3 Inyección de vapor

Fig .2 Inyección de líquido

Cuadro 1 R404A/R507 D.I. Modelo

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Economizador

ZF24K4E ZF33K4E ZF40K4E ZF48K4E

R22

Pulgada

Longitu d Pulgada

D.I. Pulgada

Longitud Pulgadas

0.050" 0.050" 0.070" 0.07"

30" 17.5" 30" 5 30"

0.050" 0.050" 0.070" 0.07"

5" 5" 30" 10"

Aislamiento

40

6 Filtros No se recomienda utilizar en ningún punto del sistema filtros con una malla inferior a 30 x 30 2 (aberturas de 0,6 mm ). La experiencia sobre el terreno ha demostrado que los filtros con malla más fina utilizados para proteger las válvulas de expansión, los tubos capilares o los acumuladores pueden obstruirse de forma temporal o permanente. Dicha obstrucción puede provocar la avería del compresor. 7 Resistencia de cárter Siempre se deberá de instalar una resistencia de cárter en el compresor si presumiblemente la configuración del sistema es tal que puede ocurrir que grandes cantidades de gas refrigerante condensen en su interior diluyendo el aceite. Debido . al calor generado por la resistencia, el refrigerante se Z.4.18.00 vaporiza constantemente y los problemas mencionados relativos al aceite se reducen de manera considerable. Véase en la figura 4 la posición Fig. 4: Posición de la resistencia de correcta de montaje de la resistencia. cárter La resistencia de cárter debe instalarse por debajo del la válvula de rellenado/vaciado de aceite situada en la parte baja de la carcasa de compresor. Asimismo deberá de permanecer activada durante los ciclos de parada del mismo. La puesta en macha inicial sobre el terreno de cualquier compresor constituye un periodo crítico, ya que todos sus componentes internos requieren de un breve periodo de rodaje que les posibilite para soportar cargas elevadas en condiciones adversas. Debido a la capacidad inherente de los compresores Scroll Compliant de manejar el líquido refrigerante, no será necesario instalar una resistencia de cárter cuando la carga del sistema no sobrepase los 7,5 kg. Si se monta una resistencia de cárter, se recomienda activar ésta un mínimo de 12 horas antes de poner en marcha el compresor. Con ello se evitará la dilución de aceite del cárter del compresor y se reducirán los esfuerzos en sus cojinetes durante el arranque inicial. 8 Parada por baja Se recomienda aplicar un sistema de parada por baja al compresor al objeto de controlar la migración del refrigerante durante la parada del mismo. La válvula de retención, que incorporan en la conexión de descarga todos los compresores Scroll de refrigeración, está diseñada para soportar una parada de este tipo sin necesidad de utilizar una válvula de retención externa adicional. Como norma general, y tal y como mencionamos anteriormente, siempre se deberá de instalar una resistencia de cárter en aquellos sistemas en los que el compresor esté parado durante largos periodos de tiempo y exista una gran probabilidad de que el refrigerante pueda condensar en su interior. No obstante en aquellas instalaciones en las que las condiciones técnicas o ambientales pudieran inhabilitar el efecto de la citada resistencia, será necesario aplicar adicionalmente un procedimiento de parada como el aquí citado. 9 Controles de presión Los controles de presión de alta y de baja son necesarios siendo recomendable ajustarlos acorde a las siguientes presiones de trabajo: Para los modelos ZF, el valor mínimo de configuración debería de ser 0,3 bar (R404A), 0,0 bar (R22). En los modelos ZS y ZB, el corte del presostato de baja presión debe ajustarse al valor más alto posible. El valor mínimo establecido es de 2,6 bar. El valor máximo de presión admisible en el lado de alta para todos los modelos citados es de 28 bar. Todos las indicaciones dadas están referidos a valores de presión relativa. (manométrica).

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10 Silenciadores El flujo a través de los compresores Scroll “Compliant” es continuo, con una pulsación relativamente baja. Los silenciadores externos que a menudo se empleaban en los compresores alternativos de pistón pueden no ser necesarios ahora en este tipo de compresores. No obstante, debido a la variabilidad entre los diferentes sistemas, es recomendable someter a cada diseño a una serie de test individuales al objeto de verificar que sus niveles sonoros se encuentran dentro de unos límites aceptables. 11 Temperatura de la carcasa Bajo ciertas circunstancias provocadas por fallos de algunos componentes del sistema, como por ejemplo el ventilador del condensador o evaporador o por la pérdida de refrigerante, la temperatura de la zona superior de la carcasa y la línea de descarga del compresor pueden alcanzar valores extremos. Estos valores pueden llegar a superar los 177ºC, presentandose de forma breve pero repetida como consecuencia del funcionamiento cíclico del compresor tras los sucesivos rearmes y cortes de los dispositivos de protección. Se deberá evitar que los cables u otros materiales, que pudieran resultar dañados como consecuencia de estas temperaturas, entren en contacto con la citada zona de la carcasa. 12 Funcionamiento en vacío elevado En ningún caso se deberá hacer funcionar un compresor Scroll de refrigeración en vacío profundo. Un arco eléctrico se establecería entre los terminales internos del Fusite que dañarían permanentemente dicho compresor. Se debe instalar un presostato de baja de seguridad como protección frente a esta incidencia (véase el apartado 9). 13 Parada Dado que los compresores Scroll son también unos excelentes expansores de gas, se da el caso particular en ellos que, durante la parada, el gas comprimido dentro de las espirales hacer girar las mismas en sentido inverso durante un breve periodo de tiempo. El fenómeno se mantiene hasta que las presiones internas en el compresor se equilibran generando un ruido característico. Una válvula de retención de disco en la conexión de descarga del compresor impide la entrada de gas a alta presión tras la parada. Adicionalmente, una válvula de descarga dinámica ubicada en la espiral fija del compresor evita que este fenómeno dure más de uno o dos segundos. 14 Cortes de alimentación breves En los modelos trifásicos no es necesario emplear ningún tipo de temporizador para prevenir la rotación inversa debida a un corte de energía. El par motor es suficientemente elevado para asegurar la rotación correcta bajo todas las circunstancias posibles de arranque. 15 Control de la temperatura de descarga Todos los compresores Scroll de refrigeración de 7.5-15HP disponen de un termistor con una temperatura de respuesta nominal de 140ºC situado en el puerto de descarga de su espiral fija (figura 5). Una temperatura de descarga excesiva activará el módulo electrónico de protección (véase asimismo el apartado 15). El sensor de la temperatura del gas de descarga está conectado en serie con la cadena de termistores del motor.

Termistor de descarga Figura 5: Posición del termistor de descarga C6.2.3/0203/S

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L1 Rojo L2 Negro L3 Blanco

16 Protección electrónica Todos los compresores Scroll de refrigeración de 7.5-15HP utilizan un sistema de protección electrónica que se identifica en su nomenclatura por la presencia de una “W” en la letra central del código de su motor. Este sistema emplea como base la dependencia entre la resistencia y la temperatura característica de los termistores (también denominada resistencia PTC) para detectar la temperatura del bobinado del motor. Una cadena de cuatro termistores conectados en serie se intercala en los devanados de tal forma que la temperatura de estos puede ser seguida con una mínima inercia. Es necesario un módulo electrónico (INT69SCY) para procesar la resistencia de los termistores y activar un relé de control en función de los valores que adopte la misma. En la figura 8 se muestra el gradiente característico de la curva de resistencia de un termistor. La curva de resistencia se puede diseñar para diferentes puntos de funcionamiento ( temperatura de respuesta nominal(NAT), p. ej. 80°C, 100°C, 140°C) y debe ajustarse a las tolerancias especificadas en la norma DIN 44081.

L/T2

L/T1 L/T 3

L2 Black L3 White L1 Red Fig 7: Terminales del compresor Especificaciones del módulo de protección

Fig 6: Módulo electrónico

L1/T1 conexión neutro L2/T2 conexión fase S1, S2 conexión cadena de termistoes M1, M2 conexión circuito de control

Fig 8: Resistencia de los termistores C6.2.3/0203/S

Tipo Voltaje Resistencia PTC normal Resistencia de activación Resistencia de rearme Retardo del módulo

INT69 SCY 120/240 V CA 250 a 1.000 Ohm >4.500 Ohm ±