Compresseurs Bitzer Octagon®,la référence depuis plus de 5 ans

Compresores Octagon® de Bitzerdesde hace más de 5 años

Edition spéciale 09.2005Edición especial 09.2005

KV-0501-F-ES

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Compresores Octagon® de Bitzer desde hace más de 5 años

1 Introducción

Los compresores Octagon® de los que se han producidomás de 300.000 hasta hoy se introdujeron en el mercadoen 1998. La producción efectiva en serie comenzó con laintroducción de los pequeños compresores de 4 cilindrosen la serie C3 a partir del año 2000. Esta es razón sufi-ciente para mirar atrás y resumir el desarrollo técnico.Bitzer Kühlmaschinenbau GmbH desarrolló los nuevoscompresores en su fábrica en Schkeuditz donde se produ-jeron de forma exclusiva al principio. Al contrario que loscompresores Scroll que primero fueron desarrollados paraaplicaciones de aire acondicionado para adaptarlosdespués también para aplicaciones de refrigeración normaly congelación utilizando una serie de recursos, los compre-sores a pistón Octagon® fueron desarrollados ya desde unprincipio para la típica aplicación de refrigeración. Su apti-tud técnica para los sistemas de aire acondicionado y bom-bas térmicas es una consecuencia lógica de la ampliagama de utilización de esta construcción de compresores.Y esto, por qué es así? Vamos a contemplarlo más endetalle…

2 Historia

Con la introducción de los refrigerantes sin cloro a principi-os de los años 90, las exigencias relativas a los compreso-res también cambiaron. Mientras que era posible utilizar loscompresores de manera satisfactoria con el R22 y susdensidades de vapor y niveles de presión relativamentefavorables, la misma técnica producía una tasa de errormás elevada cuando se utilizaba el R404A. Frecuente-mente se producían problemas relativos a la vibración, unnivel elevado de ruido y, en consecuencia, fallos en lamáquina. Entonces, la empresa Bitzer hubiera podido con-formarse con los remedios rápidamente encontrados: unmontaje mecánicamente mejorado de los compresores asícomo la introducción de un amortiguador de pulsacionesintegrado en las cabezas de cilindros que, seguramente,solucionaban los problemas más relevantes. Pero ya enton-ces quedó claro que esta era la oportunidad para un nuevodesarrollo que podía comprender más objetivos adiciona-les, como por ejemplo:

• Reducción de las dimensiones

• Reducción del peso

• Mejora del silencio de marcha

• Diseño más robusto de la carcasa con una resistenciamejor a la presión

• Mejora del rendimiento

• Reducción de los costes de fabricación

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1 Introduction

Depuis 1998, année de leur introduction sur le marché, plus de300.000 compresseurs Octagon® ont été fabriqués. Le lance-ment du petit compresseur 4 cylindres de la gamme C3 a mar-qué le début effectif de la fabrication en grande série. C'estl'occasion, aujourd'hui, de regarder le chemin parcouru et defaire un bilan technique. Ces nouveaux compresseurs ont étédéveloppés par la société Bitzer Kühlmaschinenbau GmbHdans son usine de Schkeuditz, qui au début, en assurait aussila fabrication exclusive. Contrairement au compresseur spiro-orbital dit "scroll" qui avait été conçu à l'origine pour le marchéde la climatisation, et qui a été ensuite, par toutes sortes d'arti-fices, adapté au domaine de la réfrigération et de la congélati-on, le compresseur Octagon® à pistons a été conçu dès l'origi-ne pour les applications typiques de l'industrie frigorifique. Lefait que l'Octagon® soit également bien adapté aux systèmesde climatisation et de pompes à chaleur, est bien entenduinhérent à la configuration même de ce compresseur orientéevers une vaste gamme d'applications. Quelles en sont lesexplications? Jetons un coup d'œil...

2 Contexte

Du fait de l'introduction, au début des années 90, des fluidesfrigorigènes sans chlore, les prescriptions relatives aux com-presseurs évoluèrent. Là où le R22, du fait de ses densités devapeur et ses niveaux de pression très favorables, permettaitaux compresseurs de fonctionner de façon tout à fait satis-faisante, l'introduction du R404A eut pour effet d'augmenterbrusquement les taux de pannes. De nombreux problèmes devibrations furent signalés, ainsi que des niveaux de bruit plusélevés, conduisant à des dysfonctionnements d'installations. Lasociété Bitzer aurait pu, tout simplement, se satisfaire de palli-atifs rapidement trouvés, par exemple en renforçant la con-struction mécanique du compresseur et en intégrant auxculasses un amortisseur de pulsations, ce qui aurait sûrementrésolu le problème acoustique. Nous avons préféré saisir l'op-portunité d'un nouveau développement permettant de répon-dre, en plus, à plusieurs objectifs, par exemple:

• Réduction de l'encombrement

• Diminution du poids

• Amélioration de la stabilité de fonctionnement

• Enveloppe plus robuste, meilleure résistance à la pression

• Augmentation des rendements

• Diminution des coûts de fabrication

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• Forte réduction du coût de cycle de vie, et par conséquent,l'impact sur l'environnement, par:- l'utilisation des matériaux les plus simples possibles- la prise en compte des possibilités de recyclage- une fiabilité maximale dans l'application du client- des rendements constants les plus élevés possibles,

même après une longue période de fonctionnement- une adéquation aux différentes conditions de fonctionnement- influences thermiques et mécaniques (p.e. vibrations) mini-

males sur l'équipement, diminuant ainsi les risques de dys-fonctionnement

3 La Gamme Octagon®

Il est vite apparu que les impératifs de la réfrigération, avecdes taux de compression compris entre 5 et 15 (applicationsmoyennes et basses températures) ne pouvaient être satisfaitsqu'avec le système éprouvé du piston à clapets à lame bat-tante commandés par la pression. C'est la raison pour laquelleont été développées les gammes Octagon® C1 à C4 (Fig. 1),qui ont en commun les caractéristiques suivantes:

• corps monobloc résistant à la pression, sans plaque de fond

• bielles à faible course et arbre à excentriques

• conception simple et robuste des clapets à lame battante(résistant à la surcharge) et optimisés pour des rendementsvolumétriques et énergétiques élevés dans une grandeplage de vitesse

• 4 cylindres à partir de la gamme C3 à 18 m3/h (meilleurestabilité de fonctionnement)

• Réduction de puissance possible pour les compresseurs 4 cylindres

• grande plage de régulation de vitesse par convertisseur defréquence

• Minimización del coste del ciclo de vida y, en conse-cuencia, de los perjuicios al medio ambiente a través de:- la utilización de materiales lo más simples posibles- la observancia de la capacidad de reciclaje- la máxima fiabilidad en la utilización por el cliente- los rendimientos mejores y constantes, incluso también

después de períodos de servicio largos- la adaptación óptima a diferentes estados de operación- los efectos térmicos y mecánicos mínimos posibles en

la máquina (p. ej. vibraciones) y, en consecuencia, ries-gos de fallo mínimos

3 Serie Octagon®

Pronto quedó claro que las exigencias en la técnica de ref-rigeración, con relaciones de presión entre aprox. 5 y 15(refrigeración normal y congelación), pueden llevarse mejora cabo basándose en el principio probado de los pistonescon sus válvulas de trabajo controladas por presión. Poreso, se desarrollaron las series Octagon® C1 a C4 basán-dose en este concepto (imagen 1). Todas tienen en comúnlos siguientes parámetros determinantes:ollowing determi-ning parameters are common to all of them:

• Carcasa de una pieza, resistente a la presión, sin placade fondo

• Mecanismos de accionamiento con carreras cortas yárbol excéntrico

• Diseño simple y robusto (apto para sobrecargas) deválvulas con válvulas laminares – a la vez con una opti-mización para rendimientos volumétricos e isoentrópicosy una gama de revoluciones amplia

• Construcción con 4 cilindros ya a partir de la serie C3,con un desplazamiento volumétrico de 18m3/h (mejorsilencio de marcha)

• Regulación de la potencia en los compresores de 4 cilindros

• Amplia posibilidad de regulación del número de revolu-ciones para servicio con convertidor de frecuencias

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Fig. 1 Vue d'ensemble des gammes de compresseurs semi-hermétiques à piston

Fig. 1 Cuadro de conjunto de las series de compresores semiher-méticos a pistón

Fig. 2 Comparaison entre la culasse classique et la culasse bre-vetée avec silencieux intégré (standard Bitzer)

Fig. 2 Cabeza de cilindros convencional en comparación con lacabeza de cilindros patentada con amortiguador integrado(estándar Bitzer)

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• Sistema de lubricación centrífuga de última creación [1]

• Amortiguador de pulsaciones integrado en las cabezasde cilindros (imagen 2)

• Accionamiento directo a través de un motor integrado de4 polos con robusto diseño, alto rendimiento y super-visión con sensores PTC en cada bobinado.

Con estos parámetros se obtienen características excelen-tes para la aplicación básica y posibilidades interesantespara posteriores desarrollos que, entretanto, comprendentanto la aplicación en cascadas subcríticas con CO2 de fun-cionamiento seguro como un primer modelo de compreso-res para la aplicación transcrítica con presiones de serviciopermitidas de 120 bares y más (ver sección 5). Estos tam-bién se pudieron llevar a cabo basándose en el conceptoOctagon®, otra prueba de su potencia universal. Sin embar-go, volvamos primero a la utilización normal con refrigeran-tes HFC y miremos algunas características básicas en com-paración con los compresores de refrigeración Scroll.

3.1 Características

Proceso de compresión del compresor a pistón

Este es muy simple: Cada cilindro aspira y expulsa tambiénel gas comprimido una vez por revolución de modo que lafrecuencia básica del transporte es el resultado de la cant-idad de cilindros multiplicada por el número de revoluciones.

Proceso de compresión del compresor Scroll

Se puede diseñar el Scroll con cualquier número de revolu-ciones de la espiral: Aspira una vez por revolución y tam-bién expulsa el gas comprimido solamente una vez porrevolución siendo esto característico para su funcionamien-to y su comportamiento respecto al ruido. Las espiralesnormales tienen frecuentemente 2,5 ó 3 "vueltas", lo quelleva a una ejecución lenta y paralela de varios procesosde compresión. Esto contribuye a un par de giro más equi-librado, pero no cambia el número de procesos de trans-porte por intervalo de tiempo. La frecuencia básica de lapulsación del gas comprimido se deduce directamente dela frecuencia de accionamiento de modo que el compresoractúa, desde el punto de vista de la expulsión de gas com-primido, como si fuera un "monocilindro".

Control del cambio de carga

Todos los compresores de desplazamiento positivo compri-men el gas reduciendo el volumen encerrado de gas. En elcompresor a pistón, esto se hace mediante el pistón quese mueve hacia arriba y abajo con el cambio de carga rea-lizado por válvulas controladas mediante presión de modoque el proceso interno de compresión se puede adaptar adiferentes presiones de trabajo.

En el compresor Scroll, esto se hace mediante la reduccióncircular de la cámara de compresión en forma espiral, conel cambio de carga controlado por una abertura predetermi-nada de presión. Por eso, el proceso de compresión essolamente ideal en el caso de la tal llamada "relación integ-rada de volumen". En caso de condiciones de servicio quedifieran de esto (relación de presión), el proceso de trabajoestá marcado por sobrealimentación o subcompresión.

• système de lubrification centrifuge de conception nouvelle [1]

• amortisseurs de pulsations directement intégrés dans lesculasses (Fig. 2)

• entraînement direct avec moteur électrique de conceptionrobuste à 4 pôles ayant un rendement élevé et une protec-tion thermique par sondes PTC.

Ces caractéristiques de construction et de conception autori-sent un comportement fiable du compresseur pour les applica-tions traditionnelles, et d'intéressantes possibilités d'évolutiontechnique ultérieure, telle que l'utilisation en toute sécurité descascades sub-critiques au CO2, qu'une première réalisation decompresseurs transcritiques pour des pressions de service de120 bars et plus (voir § 5). Le concept Octagon® répond à tou-tes ces applications, ce qui prouve une fois encore son poten-tiel universel. Revenons dans ce qui suit aux installations stan-dards avec les fluides frigorigènes HFC et comparons un cer-tain nombre de caractéristiques techniques par rapport auxcompresseurs frigorifiques scroll.

3.1 Caractéristiques techniques

Principe de compression des compresseurs à pistons

C'est très simple: à chaque révolution du moteur, chaque cylin-dre aspire du gaz et refoule le gaz comprimé, de telle sorteque la fréquence de base du refoulement est égale au nombrede tours moteur multiplié par le nombre de cylindres.

Principe de compression d'un scroll

Le compresseur scroll peut comporter un nombre variable despirales. Il aspire une fois par révolution du moteur électriqueet ne refoule le gaz comprimé qu'une fois par rotation, ce quicaractérise son comportement de fonctionnement et sonniveau sonore. Les spirales classiques ont souvent 2,5 ou 3"poches de compression", de telle sorte que plusieurs cyclesde compression doivent être effectués en parallèle. Ceci a poureffet une uniformisation du couple, sans modifier le nombre decycles de refoulement par unité de temps. La fréquence debase de la pulsation des gaz comprimés est ainsi directementfonction de la fréquence d'entraînement: le compresseur secomporte, en termes de refoulement de gaz comprimé, pra-tiquement comme un "monocylindre".

Contrôle du déplacement de gaz

Tous les compresseurs volumétriques compriment le gaz enréduisant le volume dans une enceinte fermée. Dans le casd'un compresseur à piston, la compression résulte du va-et-vient des pistons dans les cylindres, le débit du gaz étant con-trôlé par des clapets à lame battante, de telle sorte que leprocessus interne de compression peut être adapté à dif-férents niveaux de pression.

Dans le cas du compresseur scroll, ceci s'effectue par réduc-tion circulaire de l'espace de compression en forme de spirale,le déplacement du gaz étant commandé par les ouvertures derefoulement prédéfinies. Le processus de compression n'estainsi optimal que pour le "rapport de volume intrinsèque". Encas de variation des différents paramètres (taux de compressi-on), le principe de fonctionnement se caractérise par unesous-compression ou une surcompression.

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Ratios de compression interne réalisables

En configuration standard, un compresseur mono-étagé àpistons permet d'atteindre un taux de compression d'environ40, le débit massique étant alors pratiquement nul.

Les compresseurs scroll ont, normalement, un taux de compres-sion interne d'environ 3,5. Leur modification en vue d'obtenir destaux plus élevés implique de réduire de plus en plus la sectionde passage de refoulement, ce qui se traduit par des pertes decharges importantes, et selon les conditions de fonctionnement,par des surcompressions internes. Si un compresseur scroll estamené à fonctionner à un taux de compression supérieur à lapression interne (par exemple, en congélation), on parle alors de"sous-compression". La compression résiduelle, qui ne s'effec-tue pas dans la chambre de compression fermée, correspond àune compression à volume constant (isochore) aux dépens dubilan énergétique. En modifiant la géométrie des spirales et enprévoyant une soupape active au niveau de la sortie, il est effec-tivement possible de réduire les pertes, mais la perte de rende-ment inhérente à ce principe, reste cependant très pénalisante.La soupape de refoulement ne peut pas empêcher le by passinterne dans les spirales à l'ouverture du côté haute pressiondans la chambre intermédiaire.

Rendement volumétrique en fonction du taux de compression

Si l'on considère les rendements volumétriques en fonction dutaux de compression (Fig. 3), on remarque la caractéristiqueplate de la courbe de rendement du compresseur scroll parrapport à la courbe décroissante des compresseurs à pistons,celle-ci restant également à un niveau inférieur. Le rendementvolumétrique du compresseur scroll, tel que représenté surcette figure, – recalculé à partir d'une documentation d'un denos confrères –, n'est pas vraiment caractéristique. Un rende-ment volumétrique croissant avec le taux de compression n'estpas possible avec des compresseurs volumétriques. Un com-presseur à pistons bi-étagé aurait une caractéristique plateidentique à celle du compresseur scroll. Dans le cas du com-presseur à piston, une grande partie des pertes de débit pro-vient de la détente du gaz résiduel non évacué hors du cylind-re. Lorsque le piston redescend, ce gaz résiduel fournit toute-fois un travail utile (en se refroidissant) sur l'arbre à excentri-que ou sur le vilebrequin, de telle sorte que celui-ci ne pénali-se que très faiblement le rendement volumétrique et le COP.

Relaciones internas de compresión alcanzables

En compresores a pistón de una etapa, se consiguen relacio-nes de compresión límites de aprox. 40 en la construcciónhabitual. En tal caso, el caudal másico transportado es 0.

En compresores Scroll, se consiguen normalmente relacionesinternas de compresión de aprox. 3,5. Con una construccióndiseñada para relaciones más altas de presión, las seccionesde salida disponibles se hacen cada vez más pequeñas, pro-ducen, de este modo, unas pérdidas correspondientes de pre-sión y, dependiendo de las condiciones de servicio, tambiénuna sobrealimentación interna. Si se utiliza un compresorScroll con una relación de presión más alta que la interna(ejemplo: utilización para ultracongelación), se llama "subcom-presión". La compresión restante que no se realiza con lacámara cerrada de compresión, se realiza de forma energéti-camente desfavorable como compresión con volumen con-stante (isocórico). Las pérdidas pueden ser reducidas median-te una geometría modificada de espiral y la utilización de unaválvula de trabajo en la zona de salida. No obstante, la reduc-ción de rendimiento debido al principio es muy fuerte. La vál-vula de salida no puede evitar la corriente de reflujo en el inte-rior de la espiral hacia la cámara de media presión durante laabertura en la parte de la alta presión.

Volumetric efficiency versus pressure ratio

Considering the volumetric efficiency versus the pressureratio (Figure 3) one recognizes the flat characteristic of thescroll compressor in contrast to the steeper decreasingvolumetric efficiency slope of the reciprocating compressorbeing in overall at a lower level. The volumetric efficiencycharacteristic of the scroll compressor shown in this figure– re-calculated from a competitor's documentation – is notcharacteristic, by the way: An increase of the volumetricefficiency with increasing pressure ratio is not possible inthe case of positive displacement compressors. A 2-stagepiston compressor would have a similarly flat characteristiccurve like the scroll compressor. In case of reciprocatingcompressors a great amount of the volumetric efficiencyloss comes from the re-expansion of non-discharged gas inthe cylinder. Nevertheless, this residual gas performs usefulwork on the eccentric shaft or crankshaft during the down-ward movement of the piston (and cools down in the pro-cess) so that it hardly affects the isentropic efficiency andcoefficient of performance.

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Fig. 3 Curvas de rendimiento volumétrico de compresores Scrolly Octagon® basadas en los datos de rendimiento docu-mentados

Fig. 3 Caractéristiques de rendement volumétrique des compresseursOctagon® et scrolls, selon les données techniques publiées

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3.2 3.2 Comparación Octagon® con compresoresScroll para aplicaciones en refrigeración

Ruidos y vibraciones

Se ve que el "monocilindro" Scroll produce frecuentementeruidos elevados y vibraciones con relaciones altas de pre-sión, es decir especialmente en aplicaciones en refrigera-ción. Compresores a pistón modernos tienen un silencio demarcha más alto. En la imagen 4, se ha comparado elnivel de presión acústica de dos compresores actuales conla misma potencia frigorífica: Aquí se demuestra que elcompresor Octagon® es mucho más silencioso. La diferen-cia del nivel de presión acústica corresponde aproximada-mente a una duplicación del ruido.

Costes / trabajo

Se ofrecen los Scrolls con el argumento de los costes másbajos. Esto será correcto para aplicaciones de aire acondi-cionado simples en las que se pueden utilizar los compre-sores sin accesorios como la inyección de refrigerantes oel subenfriamiento de economizador. En un sistema deultracongelación, donde los Scrolls no están a la altura delservicio sin refrigeración adicional a causa de la carga tér-mica más alta debido al principio (ver arriba: proceso decompresión), se produce un trabajo de instalación consi-derable (imagen 5).

En este caso, los compresores relativamente pequeños tie-nen que ser dotados de inyección de líquidos y/o circuitosde subenfriamiento para descargar los compresores térmi-camente o para subir el coeficiente insuficiente de rendi-miento. Los componentes necesarios, como subenfriadorde líquido, válvula de expansión y magnética, tuberías, ais-lamiento de subrefrigerador y conducto de líquido y siste-ma eléctrico, llevan consigo unos gastos adicionales y sonuna fuente de errores adicional.

3.2 Comparaison entre les compresseurs Octagon® etscroll pour les applications de réfrigération.

Niveau sonore et vibrations

Il apparaît que le scroll "monocylindre", lorsque le taux decompression est important, et en particulier dans les applicati-ons frigorifiques, présente des niveaux de vibrations et debruits élevés. Les compresseurs modernes à pistons sont, eux,nettement plus stables et silencieux. La Fig. 4 compare la puis-sance acoustique de deux compresseurs courants de mêmecapacité calorifique: le compresseur Octagon® se montre net-tement plus silencieux. L'écart de niveau correspond audoublement, environ, du niveau sonore.

Coûts / Investissement

L'argument de vente du compresseur scroll est son coût d'in-vestissement plus faible. C'est peut-être le cas dans les appli-cations de climatisation simples, pour lesquelles le compres-seur peut être mis en œuvre sans accessoire tel que l'injectionde fluide frigorigène ou le sous-refroidissement par économi-seur. Dans une installation de congélation, toutefois, les com-presseurs scroll, du fait même de leur mode de fonctionne-ment, ne peuvent admettre des charges thermiques importan-tes (voir ci-dessus: principe de compression) sans un dispositifcomplémentaire de refroidissement, ce qui représente un coûtd'investissement important (Fig. 5).

Il est indispensable dans ce cas de doter les compresseursscroll d'un système d'injection de fluide et/ou de circuits desous-refroidissement, afin de réduire la charge thermique ducompresseur, ou d'améliorer le coefficient de performance. Lescomposants additionnels, tels que les sous-refroidisseurs deliquide, les détendeurs thermostatiques, les électrovannes, lescanalisations, l'isolation du sous-refroidisseur et des tuyaute-ries, la partie électrique, représentent un investissement com-plémentaire coûteux et un risque supplémentaire de pannes.

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Fig. 4 Comparaison des émissions sonores entre les Octagon® et lesscrolls (spectre sur 1/3 octave)

Fig. 4 Comparación de las emisiones de ruido de compresores Scrolly Octagon® (análisis de banda de tercera octava)

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Fig. 5 Schéma de principe d'un scroll avec économiseurFig. 5 El principio del circuito de un compresor Scroll con econo-

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Rendement énergétique / Coefficient de performance (COP)

Si l'on compare la documentation d'un compresseur Octagon®

C3 à celle d'un scroll de puissance équivalente, on constate,dans les conditions de référence sans sous-refroidissement duliquide (-35/40/toh 20°C/R404A) selon EN 12900, une supério-rité significative du compresseur Octagon® (Fig. 6).

Dans le cas de systèmes réels, on sait que d'autres conditionsde surchauffe et de sous-refroidissement interviennent, celles-ci pouvant être très différentes selon la configuration du systè-me. En exploitation normale, avec un compresseur Octagon®

doté d'un échangeur de chaleur liquide / vapeur largementdimensionné, placé à proximité immédiate de l'évaporateur (oudes évaporateurs), la surchauffe du gaz d'aspiration est utile-ment transférée au dispositif de sous-refroidissement du liqui-de [3]. Malgré les pertes inhérentes au système, la puissancefrigorifique utile et le coefficient de performance ne sont ainsique très peu influencés par rapport aux conditions de référen-ce énoncées ci-dessus (Fig. 7).

En comparaison, les scroll ont également été proposés avecun économiseur (injection de vapeur), pour compenser lesinconvénients thermiques et énergétiques. En pratique, la miseen œuvre d'un échangeur IWT additionnel entre le gaz d'aspi-ration et le liquide sous refroidi (après le sous-refroidisseur),est en fait inefficace. En outre, la température du liquide (aprèsle sous-refroidisseur), malgré l'isolation de la conduite allant àl'évaporateur, augmente du fait de l'apport de chaleur, ce quiprovoque une nouvelle perte de puissance et de rendement.C'est pourquoi le scroll, dans une installation de réfrigérationréelle, en dépit d'une configuration complexe avec économise-ur, ne peut égaler, dans le meilleur des cas, le COP du com-presseur Octagon® dans sa configuration la plus simple (Fig. 7).

Eficiencia energética / coeficiente de rendimiento

Comparando, por ejemplo, la documentación de un com-presor Octagon® C3 con un Scroll más o menos de lamisma potencia, el compresor Octagon® muestra unasuperioridad considerable en condiciones de referencia sinsubenfriamiento del líquido (-35/40/toh20°C/R404A) segúnEN 12900 (imagen 7).

En el caso de máquinas reales, como es sabido, hay otrascondiciones de sobrecalentamiento o de subenfriamientoque pueden ser muy diferentes según la configuración delsistema. Si los compresores Octagon® se utilizan de laforma clásica con un intercambiador térmico interno degrandes dimensiones directamente en el o los evapora-dor(es), se puede transmitir el sobrecalentamiento del gasaspirado de forma beneficiosa al subenfriamiento del líqui-do [3]. De este modo, tanto la potencia frigorífica utilizableen el evaporador como el coeficiente de rendimiento sonsolamente un poco más bajos que con las condiciones dereferencia previamente mencionadas, a pesar de pérdidasdel sistema inevitables (imagen 7).

Ahora se ofrecen los compresores Scroll también con econo-mizador (inyección de vapor) para igualar las desventajas tér-micas y energéticas previamente mencionadas. Pero, en lapráctica, la utilización eficaz de un intercambiador térmicointerno adicional entre gas aspirado y líquido frío (despuésdel subrefrigerador) es casi inútil con este concepto. A pesarde un aislamiento del tubo en el camino al evaporador, latemperatura del líquido (después del subenfriador) subiráademás a causa de la introducción de calor y, en consecuen-cia, producirá otra reducción del rendimiento y de la eficien-cia. Por eso, a pesar del diseño complejo del sistema coneconomizador, en un sistema real de refrigeración, el Scrollconseguirá, en el mejor de los casos, el coeficiente de rendi-miento de un compresor Octagon® con una tecnología desistema muy sencilla (imagen 7).

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Fig. 6 Comparaison entre les coefficients de performance (COP) d'uncompresseur scroll et d'un Octagon®

Fig. 6 Comparación de los coeficientes de rendimiento de un com-presor Scroll y un compresor Octagon®

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Fig. 7 Comparaison entre les coefficients de performance d'unsystème scroll et des systèmes Octagon® classiques(1) avec sous-refroidissement du circuit de

refroidissement normal(2) surchauffe utile dans l'évaporateur

Fig. 7 Comparación de los coeficientes de rendimiento de unsistema Scroll con sistemas clásicos Octagon®

(1) con subenfriamiento del circuito de refrigeración normal(2) recalentamiento util en el evaporador

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Los compresores Octagon® ofrecen más potencial para uncrecimiento de la eficiencia. De este modo, por ejemplo ensistemas de supermercado, también se puede realizar unasolución con economizador adicional (imagen 8) por medio deun subenfriador central de líquido. Hoy en día, este modelo es,en gran parte, el estado de la técnica. En esta aplicación, laventaja energética del compresor Octagon® sacará el mismoefecto que en la comparación con las condiciones de referen-cia mencionadas al principio.

Regulación de la potencia

Aquí, los compresores a pistón Octagon® ofrecen ya desdeun volumen de inyección de 18 m3/h la desconexión decilindros probada y energéticamente favorable, por ejemploa 50 % con el de 4 cilindros (imagen 9). Los compresoresScroll para aplicaciones en refrigeración suelen tener nin-guna regulación de la potencia.

Gama de revoluciones

El número de revoluciones de los compresores modernosa pistón de carrera corta es, sin problemas, ampliamenteregulable (imagen 10).

Los compresores Scroll se pueden utilizar en el diseño clá-sico solamente de forma limitada con regulación de la velo-cidad de giro, ya que las fuerzas radiales en las paredesde la espiral cambian con el cuadrado del número de revo-luciones. Si éste es más bajo que el número nominal derevoluciones, puede haber fugas internas, si es más alto, laespiral puede romperse.

Les compresseurs Octagon® offrent une autre possibilitéd'amélioration du rendement. Par exemple, il est possible, dansune installation pour supermarché, de réaliser un systèmeavec économiseur additionnel (Fig. 8), en utilisant un sous-refroidissement liquide général. Cette exécution fait désormaispartie de la technique courante. Dans cette application, l'avan-tage énergétique du compresseur Octagon® apparaît dans lamême relation que pour la comparaison dans les conditions deréférence indiquées ci-avant.

Réduction de puissance

A partir d'un volume nominal de 18 m3/h, les compresseursOctagon® peuvent être équipée d'une solution éprouvée etefficace de réduction de puissance par obturation de l'aspirati-on d'une culasse, p.e. à 50 % pour un 4 cylindres (Fig. 9). Lescompresseurs scroll utilisés en technique frigorifique n'offrent,typiquement, aucune possibilité de réglage de la capacité.

Plage de vitesse de rotation

Les compresseurs à pistons modernes à faible course peuventaussi être utilisés dans une plage très étendue de vitesse (Fig. 10).

Les compresseurs scroll, dans leur version de base, ne peu-vent admettre qu'une variation de vitesse réduite, car les con-traintes radiales sur les parois des spirales augmentent avec lecarré de la vitesse. Les vitesses inférieures à la vitesse nomi-nale provoquent des fuites, tandis que les survitesses présen-tent un risque de rupture des spirales.

Compresseurs Bitzer Octagon®, la référence depuis plus de 5 ans

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Fig. 8 Schéma de principe d'une installation classique en supermarché

Fig. 8 El principio del circuito en una típica aplicación en super-mercado

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Domaines d'utilisation

Si l'on compare les domaines d'utilisation documentés, on s'a-perçoit que les compresseurs Octagon® peuvent être utilisés,sans refroidissement interne ou additionnel, avec une évapora-tion nettement inférieure, ceci étant inhérent au principe decompression nettement plus performant du point de vue ther-modynamique des clapets à lame battante. La limite detempérature maximale de condensation est fixée par les carac-téristiques du moteur et répond aux prescriptions usuelles dumarché.

4 Fiabilité

En raison du refroidissement qu'implique, par principe, le pro-cessus de compression des scroll, et du fait du coût d'investis-sement individuel plus élevé qui en résulte, il y a lieu de tenircompte d'un risque de dysfonctionnement plus important quedans la configuration d'un "simple" compresseur à pistons. Cerisque est d'autant plus important que le compresseur est misen oeuvre à des températures d'évaporation plus basses.L'argument que l'on trouve dans la documentation du scroll,selon lequel celui-ci serait plus fiable car il comporte moins depièces en mouvement, est trompeur. Si l'on applique cet argu-ment à une machine à pistons, cela amènerait à dire qu'unmonocylindre serait plus fiable qu'un six cylindres, ce qui esttotalement faux et se passe de commentaires.

Campos de aplicación

Comparando los campos de aplicación documentados, se veque los compresores Octagon® sin refrigerador interno o adi-cional pueden ser utilizados con una evaporación considera-blemente más baja. Esto es una consecuencia del procesode compresión termodinámicamente más favorable con vál-vulas controladas por presión, previamente mencionado. Lalimitación de la temperatura máxima de condensación sedebe a la distribución del motor y cumple con los requisitoshabituales del mercado.

4 Fiabilidad

A causa de la refrigeración del proceso de compresiónnecesaria para compresores Scroll debido al proceso y elaumento de trabajo en cada instalación, los riesgos de fallotambién deben ser evaluados como más altos que con un"simple" compresor a pistón. Esto se aplica todavía más a lahora de utilizar los compresores con temperaturas muybajas de evaporación. El comentario en la publicidad dicien-do que un Scroll es más fiable solamente porque tienemenos partes móviles puede conducir a una impresión erró-nea. Transferido a un compresor a pistón, esto significaríaque un compresor de un cilindro sería más fiable que uno deseis. Parece que aquí todo comentario es innecesario.

Compresores Octagon® de Bitzer desde hace más de 5 años

Fig. 9 Réglage de la capacité par obturation de l'aspiration d'uneculasse dans un compresseur à pistons Bitzer

Fig. 9 Regulación de la potencia mediante desconexión de cilindrosen compresores de pistón de Bitzer

Fig. 10 Comparaison des plages de vitesse de rotation possibles pour les compresseurs à pistons et scroll

Fig. 10 Resumen de las zonas posibles de revoluciones de compresores de pistón en comparación con el Scroll

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5 5 Más aplicaciones

Cascadas CO2

En aplicaciones de ultracongelación, se pueden obtenerdatos de rendimiento excelentes con CO2 como refrigeran-te, si el CO2 puede ser condensado de forma subcrítica enel lado de la evaporación del circuito refrigerante normal(imagen 11).

A causa de su buena capacidad de carga por compresión,las series Octagon®, por sus características, están pre-destinadas para aplicaciones con presiones de serviciomás altas. Ya desde 1998, se utilizan compresores en apli-caciones subcríticas con CO2 como compresores en cas-cada (imagen 12). Las modificaciones necesarias para estose refrieren a la presión máxima de servicio de 42 bares yal sistema de cojinete y lubricación del compresor que, acausa de la alta solubilidad del medio refrigerante de losaceites polioéster con CO2, plantea exigencias especiales.

Aplicaciones transcríticas

El concepto Octagon® es también muy adecuado para aplica-ciones transcríticas del refrigerante CO2. Si se utiliza en super-mercados [2], presiones de servicio de hasta 120 bares sonnecesarias. Se hicieron necesarias medidas de desarrollo en laconstrucción de la caja y el material del compresor y tambiénun nuevo diseño de la cilindrada y de la relación carrera-perfor-ación según los niveles de presión y relaciones de presión deCO2.

5 Autres applications

Cascades CO2

Pour les applications de congélation, l'utilisation du CO2comme fluide frigorigène, permet d'obtenir des performancesremarquables, si le CO2 peut être condensé dans la zone sub-critique côté évaporation du circuit de refroidissement normal(Fig. 11).

Du fait de leur bonne résistance à la pression, notre gammeOctagon® est également prédestinée aux applications à pres-sion de service élevée. Déjà en 1998, nos compresseurs étai-ent utilisés en cascade pour les applications sous-critiques auCO2 (Fig. 12). Les modifications nécessaires à cet effet con-cernent la pression de service maximale de 42 bars, et lesystème de paliers et de lubrification du compresseur, euégard aux prescriptions particulières qu'impose la solubilitéélevée du CO2 frigorigène dans les huiles POE.

Applications transcritiques

Le concept Octagon® est également bien adapté aux applicati-ons transcritiques du CO2 comme fluide frigorigène. Dans lesinstallations de supermarché [2], des pressions de service att-eignant 120 bars sont nécessaires. La recherche et développe-ment dans ce type d'applications s'est concentré sur le dessinet le matériau du corps, un nouveau rapport de la cylindrée(course/alésage) compte tenu des contraintes de pression duCO2.

Compresseurs Bitzer Octagon®, la référence depuis plus de 5 ans

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Fig. 11 Installation de réfrigération conventionnelle associée à une cascade de congélation CO2

Fig. 11 Sistema de refrigeración convencional combinado con CO2Cascada de ultracongelación

Fig. 12 Compresseur Octagon® pour circuits de congélation à cascade CO2

Fig. 12 Compresor Octagon® para circuitos de cascadas de ultracongelación con CO2

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6 Résumé

Les compresseurs Octagon® commercialisés depuis 1998 sesont fait une réputation, en particulier dans les applications fri-gorifiques, par leur construction robuste, leur silence de fonc-tionnement, leurs performances et leur conception compacte.Après le lancement de la gamme C3 en l'année 2000, avecutilisation de la technique 4 cylindres pour les plus petits com-presseurs, une première à cette date, et un fonctionnementsilencieux digne d'une turbine, le développement trouva savéritable dynamique.

Les compresseurs scroll pour la réfrigération, issus de la fabri-cation de masse des compresseurs scroll destiné à l'air condi-tionné, représentent une solution discutable, qui malgré unecoût additionnel relativement élevé, n'atteint pas le rendementdes systèmes courants à compresseurs Octagon®.

En conclusion, les compresseurs à pistons de dernièregénération de la gamme Octagon®, constitue la solution laplus rationnelle et efficace pour les applications frigorifiques.

Bibliographie et références

[1] Edition spéciale et publication Bitzer (09/2004): Dispositifde lubrification centrifuge amélioré pour compresseurs fri-gorifiques.

[2] Publication Linde (KK 2/2005) Première installation frigori-fique au CO2 pour réfrigération et congélation dans unsupermarché

[3] Info Tour 1 – Thème: Surchauffe – Sous-refroidissement

6 Resumen

Los compresores Octagon®, en el mercado desde 1998,se han hecho famosos especialmente en las aplicacionesen refrigeración con su construcción sólida, su silencio demarcha, su potencia y su diseño compacto. El desarrolloha producido una dinámica propia considerable despuésde la presentación de la serie C3 en el año 2000, con latecnología de 4 cilindros y silencio de marcha como en tur-binas, utilizados entonces por primera vez en el área delos compresores más pequeños.

Una solución dudosa son los compresores Scroll de refri-geración derivados de la fabricación en masa de los com-presores Scroll para la aplicación de aire acondicionado yaque, a pesar de un esfuerzo adicional relativamente alto,no consiguen la eficiencia de los sistemas convencionalescon compresores Octagon®.

Por este motivo, los compresores a pistón nuevamentedesarrollados, por ejemplo los disponibles con las seriesOctagon®, son en total la mejor solución para la aplicaciónen sistemas de refrigeración.

Bibliografía y referencias

[1] Bitzer, edición especial y publicación (09/2004):Ein verbessertes Zentrifugal-Schmiersystem fürKältemittelverdichter (Un sistema mejorado de lubrica-ción centrífuga para compresores de refrigerante)

[2] Linde, publicación (KK 2/2005): Erste CO2-Kälteanlagefür Normal- und Tiefkühlung in einem SchweizerHypermarkt (El primer sistema de refrigeración conCO2 para la refrigeración normal y la ultracongelaciónen un hipermercado suizo)

[3] Info Tour 1 – tema: Überhitzung – Unterkühlung (sobre-calentamiento – subenfriamiento)

Compresores Octagon® de Bitzer desde hace más de 5 años

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