Compresor scroll

Un compresor scroll (también llamado compresor espiral , bomba scroll y bomba de vacío scroll ) es un dispositivo para comprimir aire o refrigerante. ^{[ 1 ]} Se utiliza en equipos de aire acondicionado , como sobrealimentador de automóviles (donde se le conoce como sobrealimentador de tipo scroll ) y como bomba de vacío . Muchos sistemas residenciales de aire acondicionado y bombas de calor centrales , así como algunos sistemas de aire acondicionado para automóviles, emplean un compresor scroll en lugar de los compresores rotativos, alternativos y de placas oscilantes más tradicionales .

Un compresor scroll que funciona en sentido inverso es un expansor scroll y puede generar trabajo mecánico .

Léon Creux patentó por primera vez un compresor scroll en 1905 en Francia y Estados Unidos. ^{[ 2 ]} Creux inventó el compresor como un concepto de motor de vapor rotativo , pero la tecnología de fundición de metales de la época no estaba lo suficientemente avanzada como para construir un prototipo funcional, ya que un compresor scroll requiere tolerancias muy estrictas para funcionar eficazmente. En la patente de 1905, Creux define un expansor de vapor reversible que gira o co-orbita, accionado por una manivela de radio fijo en un solo eje. ^{[ 3 ]} Sin embargo, el motor expansor scroll no pudo superar los obstáculos de mecanizado de la flexibilidad radial inherentes a lograr la eficiencia en el funcionamiento scroll, que no se abordarían adecuadamente hasta los trabajos de Niels Young en 1975. ^{[ 4 ]} Los primeros compresores scroll prácticos no aparecieron en el mercado hasta después de la Segunda Guerra Mundial , cuando las máquinas herramienta de mayor precisión permitieron su construcción. En 1981, Sanden comenzó a fabricar los primeros compresores scroll disponibles comercialmente para aires acondicionados de automóviles. ^{[ 1 ] [ 5 ]} No se produjeron comercialmente para el aire acondicionado de habitaciones hasta 1983, cuando Hitachi lanzó el primer aire acondicionado del mundo con un compresor scroll hermético. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Un compresor scroll utiliza dos espirales entrelazadas para bombear , comprimir o presurizar fluidos como líquidos y gases . La geometría de las paletas puede ser involuta , espiral de Arquímedes o curvas híbridas. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

A menudo, uno de los rodillos es fijo, mientras que el otro orbita excéntricamente sin girar, atrapando y bombeando o comprimiendo bolsas de fluido entre ellos. Un eje excéntrico puede proporcionar el movimiento orbital, pero es necesario impedir la rotación del rodillo, generalmente mediante un acoplamiento tipo Oldham , ejes intermedios excéntricos adicionales o una junta de fuelle (especialmente para aplicaciones de alta pureza). Otro método para producir el movimiento de compresión consiste en hacer girar los rodillos simultáneamente, en movimiento síncrono, pero con centros de rotación desplazados. El movimiento relativo es el mismo que si uno estuviera orbitando.

Las fugas por holguras axiales se evitan mediante el uso de sellos de punta en forma de espiral, colocados en ranuras en las puntas de ambas espirales. ^{[ 13 ]} Estos sellos de punta también ayudan a reducir la fricción y se pueden reemplazar cuando se desgastan. Algunos compresores utilizan el gas de descarga presurizado para empujar ambas espirales juntas, eliminando la necesidad de sellos de punta y mejorando el sellado con el uso; se dice que estos compresores se adaptan con el uso en lugar de desgastarse. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

Estos dispositivos son conocidos por funcionar de manera más fluida, silenciosa y confiable que los compresores convencionales en algunas aplicaciones. ^{[ 18 ]}

Rotaciones y flujo pulsátil

El proceso de compresión se produce en aproximadamente 2 a 2½ rotaciones del cigüeñal, en comparación con una rotación para los compresores rotativos y media rotación para los compresores alternativos. Los procesos de descarga y succión del scroll se producen en una rotación completa, en comparación con menos de media rotación para el proceso de succión alternativo y menos de un cuarto de rotación para el proceso de descarga alternativo. Los compresores alternativos tienen varios cilindros (normalmente, entre dos y seis), mientras que los compresores scroll solo tienen un elemento de compresión. La presencia de varios cilindros en los compresores alternativos reduce las pulsaciones de succión y descarga. Por lo tanto, es difícil afirmar si los compresores scroll tienen niveles de pulsación más bajos que los compresores alternativos, como a menudo han afirmado algunos proveedores de compresores scroll. El flujo más constante produce menores pulsaciones de gas, menor ruido y menor vibración de las tuberías conectadas, sin influir en la eficiencia operativa del compresor.

Los compresores scroll tienen menos piezas móviles que los compresores alternativos, lo que, en teoría, debería mejorar la fiabilidad. Según Emerson Climate Technologies, fabricante de compresores scroll Copeland, estos compresores tienen un 70 % menos de piezas móviles que los compresores alternativos convencionales. ^{[ 23 ]}

Al menos un fabricante descubrió mediante pruebas que el diseño del compresor scroll ofrecía mayor fiabilidad y eficiencia en el funcionamiento que los compresores alternativos. ^{[ 24 ]}

El expansor de espiral es un dispositivo generador de trabajo que se utiliza principalmente en aplicaciones de recuperación de calor a baja presión. Esencialmente, es un compresor de espiral que funciona a la inversa; un fluido o gas de alta entalpía entra por la salida del compresor y hace girar la espiral excéntrica antes de salir por la entrada del compresor. La modificación básica necesaria para convertir un compresor de espiral en un expansor de espiral consiste en eliminar la válvula antirretorno de la salida del compresor. ^{[ 25 ]}

• Batería de aire comprimido

• Compresores Copeland 111 en YouTube : un vídeo que muestra cómo funciona el compresor scroll.