Los compresores de amoníaco para refrigeración se clasifican, según su forma estructural y modo de movimiento, principalmente en tres grandes categorías: alternativos, de tornillo y centrífugos. También existen tipos subdivididos como los de espiral (scroll) y de diafragma, pero su aplicación en ingeniería de refrigeración con amoníaco es relativamente limitada. En la selección de equipos no existe una única respuesta “mejor”; solo mediante una ponderación integral de la capacidad frigorífica requerida por el sistema, las condiciones de operación, los requisitos de índices de eficiencia energética y los presupuestos de inversión y mantenimiento puede determinarse el modelo más adecuado para un proyecto concreto.
En cuanto a los compresores de amoníaco alternativos, un mecanismo de biela-manivela acciona el pistón para que realice un movimiento lineal alternativo dentro del cilindro. Mediante la carrera de aspiración se aspira vapor de amoníaco a baja presión y, a través de la carrera de compresión, se eleva su presión antes de descargarlo a la línea de descarga. Este tipo de máquina cuenta con tecnología madura y una amplia experiencia de fabricación, y mantiene un gran número de referencias de operación en el campo de la refrigeración con amoníaco. Sus ventajas se manifiestan en un amplio rango de temperaturas de aplicación, ya que puede funcionar de forma estable con temperaturas de evaporación desde −65 °C hasta +5 °C; presenta un rendimiento indicado relativamente alto y buena adaptabilidad a condiciones variables; su rango de capacidad frigorífica por unidad es amplio; y su costo inicial de adquisición es relativamente bajo. Sin embargo, sus limitaciones inherentes tampoco pueden ignorarse: la máquina es voluminosa; existen numerosas piezas de desgaste, como válvulas, anillos de pistón y cojinetes del cigüeñal; las tareas de inspección y sustitución periódicas son pesadas, lo que provoca costos de mantenimiento a largo plazo claramente elevados. En cuanto al control de capacidad, los compresores alternativos suelen utilizar la descarga de cilindros para lograr una regulación escalonada, lo que dificulta satisfacer las necesidades de regulación continua de amplio rango. El flujo de descarga presenta características pulsantes, por lo que normalmente se requiere un tanque amortiguador para suprimir las vibraciones en las tuberías. En conjunto, este tipo es adecuado para sistemas de refrigeración en el rango de capacidad media-alta y para aplicaciones en las que la capacidad frigorífica se controla de forma escalonada.
Los compresores de amoníaco de tornillo tienen como componente principal un par de rotores helicoidales macho y hembra que engranan entre sí. Cuando los rotores giran a alta velocidad dentro del cilindro, el volumen de las cavidades entre dientes varía periódicamente, completándose así los procesos de aspiración, compresión y descarga del vapor de amoníaco. En los sistemas de refrigeración con amoníaco se utilizan ampliamente los compresores de tornillo con inyección de aceite. Sus ventajas más destacadas son una estructura compacta y una superficie ocupada muy inferior a la de un compresor alternativo de la misma capacidad frigorífica; además, las únicas partes móviles son los rotores y los cojinetes, con muy pocas piezas de desgaste, lo que mejora significativamente la fiabilidad operativa. Dado que los rotores poseen buenas características de equilibrio dinámico, la vibración de la máquina es mínima y la descarga es continua y estable; asimismo, el enfriamiento por inyección de aceite suprime eficazmente el aumento de la temperatura de descarga. Los compresores de tornillo son insensibles a la compresión húmeda y permiten funcionar con arrastre de líquido sin sufrir daños. En cuanto al control de capacidad, mediante un mecanismo de válvula de corredera puede lograrse una regulación continua sin escalones en el rango del 10 % al 100 %. No obstante, este tipo también presenta desventajas: su consumo eléctrico por unidad de capacidad frigorífica es ligeramente superior al de un compresor alternativo de alta eficiencia; el sistema de inyección de aceite requiere dispositivos auxiliares como separador de aceite, enfriador de aceite, bomba de aceite y filtro, lo que hace que el conjunto sea relativamente complejo; y la precisión de mecanizado del perfil de los rotores es extremadamente alta, lo que exige una gran inversión en equipos de fabricación. Actualmente, el compresor de tornillo es el tipo dominante en los grandes sistemas industriales de refrigeración con amoníaco y resulta especialmente adecuado para aplicaciones de enfriamiento de proceso que requieren funcionamiento continuo prolongado.
El principio de funcionamiento del compresor de amoníaco centrífugo es completamente diferente del de los dos tipos anteriores. Se basa en un impulsor que gira a alta velocidad para transferir energía mecánica al vapor de amoníaco, imprimiéndole una elevada energía cinética y energía de presión; posteriormente, el gas se desacelera en el difusor y la voluta, convirtiendo aún más la energía cinética en energía de presión y logrando así el aumento de presión. Como compresor dinámico (de velocidad), su relación de compresión por etapa es relativamente baja, por lo que normalmente se requieren varios impulsores en serie para obtener la diferencia de presión necesaria. La característica más notable del compresor centrífugo es su caudal volumétrico extremadamente grande; la capacidad frigorífica de una sola unidad puede alcanzar decenas de miles de kilovatios. Además, no existe contacto directo ni fricción entre el flujo de gas y los componentes rotativos, por lo que funciona de forma estable y presenta niveles de vibración y ruido bajos. Al no existir piezas de desgaste como válvulas o anillos de pistón, su ciclo de inspección es muy largo y el intervalo entre revisiones generales puede ser de varios años. Sin embargo, su inversión inicial es muy superior a la de los tipos alternativo y de tornillo, ya que requiere velocidades de rotación muy elevadas y a menudo depende de una caja multiplicadora o de un motor de alta velocidad; los umbrales técnicos de fabricación de precisión y equilibrio dinámico son altos; y su curva de rendimiento presenta un límite de bombeo en la zona de bajo caudal, lo que da lugar a un rango de regulación operativa relativamente estrecho y a mayores exigencias en cuanto a la competencia técnica del personal de operación y mantenimiento. Por ello, los compresores de amoníaco centrífugos se utilizan principalmente en instalaciones industriales de muy gran escala con demandas frigoríficas extremadamente grandes, como bases petroquímicas, grandes unidades de separación de aire y estaciones de refrigeración centralizada de distrito.
En el proceso de decisión de selección deben considerarse múltiples dimensiones, como la escala aplicable, la eficiencia operativa, la inversión inicial, el costo de mantenimiento, las características de regulación y la tolerancia a la compresión húmeda y al arrastre de líquido. Los compresores alternativos ofrecen una ventaja de relación costo-rendimiento en el rango de capacidad frigorífica de pequeña a media y de media a grande, pero su carga de mantenimiento es relativamente elevada. Los compresores de tornillo cubren demandas de capacidad frigorífica desde grandes hasta extra grandes, con una inversión inicial moderada y regulación continua, y se han convertido en la opción predominante de la refrigeración industrial moderna. Los compresores centrífugos se destinan exclusivamente a proyectos extra grandes y ultra grandes, con una eficiencia muy alta, pero también con la inversión inicial y las limitaciones de regulación más evidentes. La selección real debe justificarse de forma integral teniendo en cuenta la carga frigorífica específica del proyecto, la relación de eficiencia energética anual de operación, el espacio de instalación disponible, las condiciones de la fuente de agua de enfriamiento, el período de recuperación de la inversión y otros factores. Tras una preselección inicial, se recomienda encargar a un instituto de diseño profesional o a un fabricante de compresores la realización de cálculos detallados de condiciones de operación y análisis técnico-económicos, a fin de garantizar que el modelo seleccionado logre los mejores beneficios integrales durante todo el ciclo de vida del proyecto.
