Curso de Refrigeracion

TEORÍA REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO ENVÍO 1

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REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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¿QUÉ ES LA REFRIGERACIÓN? Es el proceso de reducir la temperatura de un cuerpo o un espacio determinado quitándole una parte de su calor normal. No debemos confundir refrigeración con enfriamiento. Si un cuerpo caliente se enfría por sí solo, adquirirá la temperatura del ambiente en que se halla, esto es enfriamiento. La refrigeración consiste en extraerle calor a un cuerpo, hasta que su temperatura sea inferior a la del ambiente. Desde hace centenares de años los hombres trataron de enfriar objetos a temperaturas inferiores a las ambientales. Los primeros ensayos se limitaban a disminuir la temperatura unos pocos grados solamente. Los alimentos y los líquidos se guardaban a menudo en sótanos frescos donde no eran afectados por el calor solar. En ciertos lugares se guardaba la nieve y el hielo recogido en épocas invernales y se lo utilizaba en verano para conservar los alimentos y enfriar las bebidas. En épocas más recientes se usó hielo como elemento refrigerante en los hogares, utilizando para su conservación recipientes especiales que por sus características constructivas aislaban al hielo de la temperatura exterior. El hielo suele utilizarse todavía en algunos hogares, pero presenta el inconveniente de no mantener una temperatura uniforme en el refrigerador, además de resultar incómodo por la necesidad de reemplazarlo periódicamente, y las molestias que ocasiona el agua producida por éste al derretirse. La invención y el perfeccionamiento del refrigerador eléctrico ha proporcionado un elemento refrigerador mucho más cómodo, eficiente y económico no sólo para el hogar, sino también para uso comercial. La razón fundamental para emplear la refrigeración es la conservación de alimentos, ya que las carnes, frutas, verduras, etc, se estropean y pudren rápidamente si se conservan en lugares calientes. El refrigerador eléctrico moderno, puede regularse para mantener con bastante exactitud la temperatura apropiada para conservar los alimentos y proporcionar también, si es necesario, temperaturas mucho más bajas, incluso inferiores a 18º C bajo cero. Antes de entrar al tema “Refrigeración”, son necesarios algunos conocimientos previos que enunciaremos a continuación. CONSTITUCIÓN DE LA MATERIA Todos los cuerpos se componen de partículas muy pequeñas, llamadas moléculas, que se mantienen unidas unas a otras por el efecto de una fuerza interna. Se ha comprobado que la concentración de las moléculas es mayor en los sólidos y líquidos que en los gases, pero siempre entre las moléculas de un cuerpo hay un amplio espacio que les permite moverse libremente. REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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Es decir, las moléculas de un cuerpo cualquiera están constantemente en movimiento, dependiendo su velocidad de la sustancia de que está compuesto el cuerpo, de su estado y su temperatura. TEORÍA CINETICA DE LA MATERIA Las moléculas del agua tienen cierta cantidad de energía que las mantienen en constante movimiento. Cuando calentamos agua, aumentamos la energía de sus moléculas, y éstas se mueven más rápido produciendo un aumento en el volumen y en la temperatura del agua. Cuando llegamos a la temperatura de ebullición, llegamos al límite de energía que pueden contener las moléculas líquidas de agua; si seguimos suministrando calor, la velocidad molecular es tan alta que la fuerza de cohesión no es suficiente para contenerlas, y el agua pasa al estado gaseoso. En el otro extremo, cuando ponemos agua en el refrigerador le estamos quitando calor, es decir, energía a sus moléculas, las cuales se moverán más lentamente y disminuirá la temperatura del agua. ESTADO DE LOS CUERPOS Los cuerpos se presentan en la naturaleza en 3 estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. 1. SÓLIDOS: Se caracterizan por tener forma propia y volumen determinado. Son de elevada densidad, como ejemplo podemos citar hierro, madera, piedra, etc. 2. LIQUIDOS: Tienen un volumen determinado, pero no forma propia ya que adoptan la del recipiente que los contiene. Su densidad es generalmente inferior a la de los sólidos, citamos como por ejemplo agua, aceite, etc. 3. GASES: No tienen volumen fijo ni forma determinada y ocupan el espacio que se le presenta, ya que tienden a expandirse continuamente. Son de muy baja densidad, como ejemplos podemos citar el aire, oxígeno, hidrógeno, etc.

MOLÉCULAS

Sólido

Líquido

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Gaseoso

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CAMBIO DE ESTADO DE LOS CUERPOS Los cuerpos pueden cambiar de estado físico, calentándolos, enfriándolos o sometiéndolos a otra clase de tratamientos. 1. VAPORIZACIÓN: Es el pasaje del estado líquido al gaseoso de manera artificial, produciendo vapores en toda la masa y con desprendimiento de los mismos (ebullición). Ejemplo: el agua se convierte en vapor al calentarla a una temperatura determinada (100º). 2. EVAPORACIÓN: Es también el paso del estado líquido al gaseoso, de forma natural debido a que la formación de vapores se produce en forma lenta y sólo en la superficie libre del líquido. Ejemplo: el agua que se encuentra en un recipiente expuesta al aire libre desaparece al cabo de un cierto tiempo. 3. CONDENSACIÓN: Es el proceso inverso al de evaporación o vaporación, ósea es el tránsito de gas a líquido. Ejemplo: el vapor de agua al tomar contacto con una superficie fría se condensa pasando al estado líquido. 4. FUSIÓN: Es el pasaje del estado sólido al líquido. Ejemplo: el hielo al calentarlo se derrite y se transforma en agua. 5. SOLIDIFICACIÓN: Es le proceso inverso a de fusión, es decir, el pasaje de líquido a sólido. Ejemplo: el agua sometida a baja temperatura se convierte en hielo. 6. SUBLIMACIÓN: Es el paso directo del estado sólido al gaseoso o viceversa, sin pasar por el estado líquido. Ejemplo: hielo seco, alcanfor, naftalina, vapor de azufre, etc.

CALOR Y FRÍO “El calor es una forma de energía que se transmite de un cuerpo a otro”. La principal fuente de calor es el sol, pero podemos producir calor por combustión, fricción, electricidad, reacciones químicas o por compresión de gases. “Podemos definir el calor como un movimiento molecular, que cuanto más enérgico es, mayor es el calor que proporciona al cuerpo”. “Al quitarle calor a un cuerpo disminuye el movimiento molecular llegando a desaparecer por completo a los 273º C bajo cero (cero absoluto o 0º Kelvin), por lo tanto podemos decir que en todo cuerpo cuya temperatura sea mayor que ésta existe calor. REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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Así como el calor es una forma de energía no podemos decir lo mismo del frío, “ya que éste, en sí, no existe”. “Se denomina frío a la ausencia de calor. “Al contrario que el calor, el frío no puede transmitirse ni radiarse ya que no posee energía propia”. “El calor se transmite siempre desde el cuerpo más caliente al más frío, nunca a la inversa”. TEMPERATURA Es una medida del nivel térmico, que nos indica cuan caliente esta un cuerpo, pero no mide la cantidad de calor que éste contiene. La temperatura es medida con un instrumento llamado termómetro, que puede ser de alcohol o mercurio, se conocen 3 escalas termométricas que son: 1. Réaumur 2. Centígrada 3. Fahrenheit De las cuales las 2 últimas son las más utilizadas en refrigeración. ESCALA RÉAUMUR En esta escala la temperatura de congelación del agua corresponde a los 0ºR y la de ebullición a los 80ºR. De 0 a 80 esta escala se divide en 80 partes iguales, denominando a cada una de estas 1º Réaumur.

Rº 80º

Hierve el agua

80º R 0º

Se congela el agua

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ESCALA CENTÍGRADA Es la más empleada para uso corriente y científico. El cero de esta escala corresponde a la temperatura de congelación del agua y los 100º centígrados corresponden al punto de ebullición del agua; la distancia entre ambas marcas se divide en 100 partes iguales, a cada una de estas divisiones corresponde un grado centígrado.

ESCALA FAHRENHEIT En esta escala la temperatura de congelación del agua corresponde a los 32º fahrenheit y la de ebullición a los 212º fahrenheit. De 32 a 212 esta escala se divide en 180 partes iguales, denominando a cada una de estas 1º fahrenheit. En esta escala el cero corresponde a la temperatura de una mezcla de hielo, cloruro de sodio y amoniaco.

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CONVERSIÓN DE TEMPERATURAS Para convertir grados celcios a grados fahrenheit se utiliza la siguiente fórmula: ºC

ºF ºF = ºC · 1,8 + 32

Ejemplo:

2ºC

¿ºF?

ºF = 2 · 1,8 + 32 ºF = 3,6 + 32 ºF = 35,6 Para convertir grados fahrenheit a grados celcios se utiliza la siguiente fórmula: ºF

ºC

ºC = ºF – 32 1,8

Ejemplo:

72ºF

¿ºC?

ºC = 72 – 32 1,8 ºC = 40 1,8 ºC = 22,2

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TABLA DE CONVERSIÓN DE TEMPERATURAS Empleo: La temperatura a ser covertida encuéntrese en la columna central y la conversión es indicada en las columnas de la derecha o de la izquierda, según se desee determinar ºF o ºC. ºC 5/9 (ºF – 32) ºF=9/5 (ºC) + 32

Ejemplo:  Si deseamos saber la conversión de 20º Cº. a ºF, debemos ubicar este Nº en Columna Central y observar la columna de la Derecha indicará la conversión, valor en ºF, en este caso 68º Fº.  Si deseamos saber la conversión de 86º Fº a ºC, debemos ubicar este Nº en Columna Central y observar la columna de la Izquierda indicará la conversión, valor en ºC, en este caso 30º Cº.

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la el la el

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DIFERENCIA ENTRE CALOR Y TEMPERATURA Calor y temperatura que con frecuencia suelen confundirse, son conceptos completamente distintos. La temperatura nos dice cuan caliente esta un cuerpo, aunque no mide la cantidad de calor que este contiene. Un cambio en la temperatura de un cuerpo, es una medida de la cantidad de calor que ha ganado o perdido. Para ilustrar la diferencia que existe entre calor y temperatura, imagínese 2 esferas de un mismo material (cobre), pero de diferentes diámetros; por ejemplo, una esfera de cobre de 10 m/m de diámetro y la otra esfera de cobre de 100 m/m de diámetro, sometidas a una misma temperatura, el termómetro indicará la igualdad de temperatura en ambas esferas. Si dejamos enfriar estas, veremos que la primera en entregar su calor, hasta cierto nivel, será la esfera más pequeña. La mayor durará mucho más. Esto indica que la cantidad de calor que contiene la esfera pequeña es menor que la que contiene la esfera mayor, a pesar de tener la misma temperatura.

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TRANSMISIÓN DEL CALOR Existen 3 formas de transmisión de calor, por radiación, por convección y por conducción: 1. RADIACIÓN: La radiación del calor se manifiesta por los rayos o las ondas caloríferas que envía el sol a través del espacio; podemos tener radiación en una estufa caliente, una lámpara incandescente u otro objeto muy caliente, ya que sus rayos caloríferos son muy semejantes a los rayos luminosos. Se puede también definir la radiación del calor como la transmisión de calor a través de sustancias intermedias sin calentar a éstas. El calor transmitido por los rayos solares prácticamente no calienta el aire a través del cual pasan dichos rayos sino que ejerce su acción sobre los objetos que encuentra en su camino los cuales si absorben dicho calor.

2. CONVECCIÓN: La transmisión de calor por convección significa la transferencia del calor de un lugar a otro por el movimiento o la circulación de aire, agua u otros gases o líquidos calientes. Dicha circulación puede producirse en forma natural o artificial, por ejemplo: generar corrientes de aire alrededor de un objeto caliente por medio de un ventilador, también si hacemos circular corriente de agua u otros líquidos alrededor de un objeto caliente, el líquido será agente transmisor del calor. Un ejemplo de transmisión de calor por convección lo tenemos en los secadores de cabello, ya que el calor que éste produce es transferido al exterior por una circulación de aire forzada.

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3. CONDUCCIÓN: Es la transferencia de calor a través de un cuerpo sólido. Si tomamos una varilla de metal y colocamos un extremo de esta sobre el fuego, el calor del fuego pasará por conducción al otro extremo de la varilla. El mismo fenómeno de conducción de calor se manifiesta en el mango de un sartén colocada sobre el fuego. Los metales son buenos conductores de calor, existiendo otros materiales cuyas cualidades son completamente opuestas, ósea que son aislantes del mismo (lana de vidrio, corcho, madera, etc).

UNIDADES DE MEDIDA DEL CALOR 1. KILOCALORÍA (KCAL): Es la unidad de medida del calor, utilizada tanto en refrigeración como en aire acondicionado, y representa el color necesario para elevar en 1º celcio la temperatura de un litro de agua.

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2. CALORÍA (CAL): Es la unidad de medida del calor utilizada en trabajos de laboratorio y que corresponde a la milésima parte de un kilocaloría. La caloría representa el calor necesario para elevar en 1º celcio la temperatura de un gramo de agua.

3. UNIDAD TÉRMICA BRITANICA (B.T.U.): Es la unidad de medida del calor del sistema inglés y representa el calor necesario para elevar en 1º fahrenheit la temperatura de una libra de agua.

4. TONELADA DE REFRIGERACIÓN (T.R.): Es el calor necesario para fundir en 24 Hrs. una tonelada de hielo.

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5. FRIGORÍA (F): En refrigeración se emplea usualmente como unidad de medida la frigoría, que es la cantidad de calor que se debe extraer a 1 litro de agua para rebajar en 1º celcio su temperatura. La frigoría se emplea para expresar la carga de refrigeración o capacidad de una planta frigorífica. Así pues una planta con una capacidad de 10.000 F/Hr es capaz de extraer 10.000 Kcal/Hr.

1 Kcal = 1.000 calorías 1 Kcal = 3,96 B.T.U. 4 B.T.U. 1 B.T.U. = 0,252 Kcal 1 T.R. = 3.024 Kcal 1 T.R. = 12.000 B.T.U. 1 Frigoría = 1 Kcal 1 W = 3,4 B.T.U./Hr 1 W = 0,85 Kcal/Hr 1 Kcal/Hr = 1,16 W 1 B.T.U./Hr = 0,29 W 1 Kw = 860 Kcal

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1 Kw = 3.413 B.T.U. Para convertir Kcal a B.T.U. se debe multiplicar por 4 o dividir por 0,25. Para convertir B.T.U. a Kcal se debe multiplicar por 0,25 o dividir por 4. EQUIVALENCIAS 1 H.P. = 746 W 1 Kw = 1.000 W 1 Kw = 1,34 H.P. 1 Pie = 12” 1 Pie = 30,48 cms. 1 Pie = 0,3048 mt. 1 mt3 = 35,31 Pie3 1 mt = 3,28 Pie 1 mt2 = 10,72 Pie2 1 C.F.M. = 1,7 mt3/Hr TIPOS DE CALOR Existen 3 tipos de calor que veremos a continuación: 1. CALOR SENSIBLE: Cuando el calor puede ser apreciado por nuestros sentidos, y además se puede medir con algún instrumento, se le denomina CALOR SENSIBLE, por ejemplo: si se calienta agua sobre una llama, podemos sentir el aumento de la temperatura sumergiendo una mano en el agua. Cuando se eleva la temperatura de un líquido o de un cuerpo cualquiera, el mismo esta absorbiendo calor sensible. Si la temperatura de un cuerpo o sustancia disminuye, el calor que se desprende también será calor sensible.

El calor irradiado por la llama se siente en la mano (calor sensible)

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2. CALOR ESPECIFICO: Es la cantidad de Kcal que es necesario agregar o sustraer a un kilogramo de una sustancia cualquiera con el objeto de lograr que su temperatura aumente o disminuya en 1ºC respectivamente. El calor especifico del agua es uno, ósea que para elevar en 1ºC la temperatura de 1 kilogramo de agua hace falta 1 Kcal.

+ 1ºC 1 Kg. Sustancia cualquiera

+ -

Si conocemos la temperatura de una sustancia en ºC, su calor especifico y el peso de la misma en Kg, será fácil determinar la cantidad de Kcal que debemos agregar o quitar a dicha sustancia, para producir un determinado aumento o disminución en su Tº. Para realizar esta operación en forma sencilla usaremos la siguiente fórmula: Q = Ce · p · At

Donde: Q = Cantidad de calor a agregar o quitar a una sustancia Ce = Calor especifico de la sustancia P = Peso en Kg de la sustancia At = Diferencia de temperatura, entre la temperatura inicial y la final que se quiera lograr. Ejemplo: Si queremos elevar la Tº de 2 Kg de alcohol a 18ºC a 23ºC, sabiendo que el calor especifico del mismo es de 0,60 utilizando la fórmula tenemos que: Q = Ce · p · Atº Q = 0,60 · 2 · 5 Q = 1,2 · 5 REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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Q = 6 Kcal CALOR ESPECÍFICO DE ALGUNOS ALIMENTOS Carne de vacuno = 0,77 Cerveza = 0,90 Chocolate = 0,76 Grasa = 0,60 Helados = 0,51 Huevos = 0,76 Leche = 0,90 Mantequilla = 0,70 Margarina = 0,80 Pescado = 0,82 Queso = 0,64 Verduras = 0,87 Frutas = 0,93 Aves = 0,80 3. CALOR LATENTE: Es aquel calor que se encuentra presente en el cambio de estado físico de los cuerpos sin producir variaciones en su temperatura, como por ejemplo el calor que se agrega al agua en ebullición no aumenta su Tº, sino que convierte esta en vapor.

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PUNTO DE EBULLICIÓN Es la temperatura a la cual hierve un líquido, por ejemplo: El agua hierve a los 100ºC El refrigerante 12 hierve a los –29,8ºC El refrigerante 502 hierve a los –45,6ºC PRESIÓN Todo cuerpo ejerce su peso sobre el lugar donde se encuentra apoyado, es decir aplica una presión. En los sólidos la presión se manifiesta únicamente hacia abajo; en los líquidos en cambio hacia el fondo y los costados de los recipientes que los contienen, y en los gases en todas direcciones: Fuerza Superficie

Kg Cm2

Sólidos

Lb (P.S.I.) p2

Líquidos

Gases

Presión ejercida por los cuerpos sólidos, líquidos y gaseosos.

PRESIÓN ATMOSFÉRICA

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Nuestro planeta está rodeado por una capa de aire que igual que cualquier otro cuerpo ejerce presión sobre la superficie de la tierra. Si tomamos una columna de aire de un centímetro cuadrado de base y que tenga por altura la capa atmosférica, esta columna tendrá un peso a nivel del mar de 1 kilo y 0, 33 gramos. Este valor se considera como presión atmosférica normal (1,033 Kg/cm 2) y es usado como unidad de medida de presiones y se lo denomina “atmósfera”. En el sistema inglés la unidad de presión más utilizada es la libra por pulgada cuadrada. En aerometría se usa como unidad de medida de presión atmosférica el BAR. Columna de aire de 1 cm2 base

TIERRA

Presión de la atmósfera sobre la tierra

Capa atmosférica

TABLA DE EQUIVALENCIAS 1 Atmósfera = 1,033 Kg/cm2 1 Atmósfera = 14,7 P.S.I. 1 Atmósfera = 760 m/m columna de mercurio (Hg) 1 Atmósfera = 10,33 mt columna de agua (H2O) 1 Atmósfera = 1 BAR 1 P.S.I. = 0,07 Kg/cm2 EXPERIENCIA DE TORRICELLI Para poder medir la presión atmosférica se utiliza un sencillo dispositivo que consiste en una cubeta que contiene mercurio y un tubo de vidrio de un centímetro cuadrado de sección, al que sumergimos parcialmente dentro de la cubeta. Si por el extremo superior del tubo comenzamos a extraer el aire, observamos que el mercurio asciende por el tubo

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hasta alcanzar una altura de 760mm, y por más que sigamos extrayendo aire de tubo, la columna mercurial se mantendrá en ese valor. De acuerdo con esta experiencia ideada por el físico Evangelista Torricelli llegamos a la conclusión de que una columna de aire de un centímetro cuadrado y de altura igual a la de la capa atmosférica, pesa lo mismo que una columna de mercurio de un centímetro cuadrado y 760mm de altura (1,033 Kg).

760 mm.

Columna de mercurio de 1 cm2 de base

Mercurio

VACÍO Habiendo definido ya el concepto de presión, y conociendo una forma de medir la presión atmosférica, pasaremos a considerar ahora, que es el “vacío”. Se denomina vacío a cualquier presión que sea inferior a la atmosférica. Por lo tanto, toda presión menor a 1,033 Kg/cm2 (una atmósfera) es una depresión, a la que llamamos “vacío”. Si tenemos un recipiente comunicado con el medio ambiente (abierto), la presión dentro de él, será igual a la presión atmosférica que existe en el exterior del mismo. Si por algún medio, le extraeremos el aire contenido en el interior del recipiente, la presión dentro de él ira disminuyendo, llegando incluso al caso de que, si las paredes del recipiente son de un material elástico la presión que existe en el exterior, al ser ahora mayor que la interna empujará las paredes achatando al recipiente. REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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Si de un recipiente extraemos todo el aire que éste contiene, la depresión creada en el interior del mismo se denomina “vacío total”.

PRESIÓN RELATIVA Y PRESIÓN ABSOLUTA a)

Presión relativa o presión barométrica: Es la que se mide mediante el empleo de manómetros u otros instrumentos especialmente diseñados para medir presiones. Estos instrumentos funcionan en base al siguiente principio; si tenemos una cámara dividida en 2 partes, por una lámina flexible, comunicadas cada una con la presión atmosférica, la lámina al soportar idéntica presión en ambas caras, permanecerá en su posición de descanso, según se observa en la figura.

Por medio de un sencillo mecanismo, se une la membrana que divide la cámara con una aguja que en esta posición indicará cero, sobre una escala graduada. Aunque la aguja indique cero, ambas caras de la lámina están sometidas a presión atmosférica. Por consiguiente cuando un manómetro marca cero, ese cero es “relativo”. Ejemplo:

0

“A”

“B”

Presión Atmosférica REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

Presión Atmosférica Página 21

b)

Presión absoluta o presión total: Es igual a la suma de la presión relativa más la presión atmosférica.

Ejemplo:

Presión relativa = 2 Kg/cm2 Presión absoluta = presión relativa + presión atmosférica Presión absoluta = 2 Kg/cm2 + 1,033 Kg/cm2 Presión absoluta = 3,033 Kg/cm2 INSTRUMENTOS DISEÑADOS PARA MEDIR PRESIÓN Y VACÍO 1.

MANÓMETROS: En la práctica para medir presiones se utiliza el denominado manómetro de Bourdon. Consta de un tubo semicircular de sección transversal ovalada, como elemento activo. Este tubo cerrado en un extremo, mientras que el otro que permanece abierto es conectado a la fuente de presión que se quiere medir por intermedio de un accesorio enroscado. Al admitir aire o algún otro gas la presión de éste, hace que el tubo se enderece y este movimiento se comunica a la aguja indicadora por intermedio de un mecanismo de engranajes.

Es importante observar que la lectura del manómetro es una indicación de la diferencia entre la presión que hay dentro del tubo y la presión que reina fuera del mismo. En otras palabras la presión manométrica ordinaria indica la diferencia de presión entre el interior y el exterior del tubo. Los manómetros comunes sólo indican presiones superiores a la atmosférica. REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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Los manómetros prácticamente vienen graduados en 2 escalas, osea que sobre un mismo cuadrante se puede leer la presión en Kg/cm 2 o en la unidad de medida inglesa que es la libra por pulgada cuadrada (Lb/pul2). En la figura podemos observar uno de estos manómetros como así también un gráfico útil para convertir presiones dadas en Kg/cm 2 a Lb/pul2 y viceversa. Esta tabla se confeccionó tomando como base que: 1 Kg/cm2 = 14,7 Lb/pul2 Lb/pulg2

Kg/cm2

100 95 90 80 70 60 50

7 65

85 75

6 55 5

65 55 45

45 4 35

40 30

3 35 25

20

25 2 15

15 10 0

5

1 05

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0

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2.

VACUÓMETRO: Los vacuómetros son instrumentos que basándose en el mismo principio de funcionamiento que los manómetros, indican presiones inferiores a la atmosférica. Las escalas de estos instrumentos están dadas en milímetros o centímetros de columna de mercurio, o en el sistema inglés, en pulgadas de columna de mercurio.

Recordando que la presión atmosférica es 760mm o 76cm de columna de mercurio, en el sistema inglés será igual a 29,9 pulgadas de columna de mercurio. A continuación observaremos el cuadrante de un vacuómetro, y un gráfico de conversión entre cm, mm y pulgadas de mercurio. GRÁFICO DE CONVERSIÓN DE VACÍO

cm 0 10

mm

pulgada

0

0 100

20

200

30

300

40

400

50

500

60

600

70

700

76

760 REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

6 12 18 24

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3.

MANOVACUÓMETROS: Estos instrumentos indican presiones superiores e inferiores a la atmosférica por medio de un tubo de doble acción que se moverá en un sentido aplicándole presión, y en el otro al aplicarle succión. Generalmente se los denomina a estos instrumentos manovacuómetros.

EFECTOS DE LA PRESIÓN SOBRE LA EBULLICIÓN DE LOS LÍQUIDOS Como hemos visto anteriormente en condiciones normales, es decir, a la presión atmosférica, el agua hierve a los 100ºC, pero si tratamos de hervir agua en un recipiente herméticamente cerrado en el que hubiese una presión más elevada que la atmosférica se necesitaría una temperatura mayor de 100ºC para llegar al punto de ebullición. Si tenemos agua contenida en un recipiente cuya presión interior sea inferior a la atmosférica, se logrará la ebullición del agua con temperaturas menores de 100ºC. Este fenómeno se debe a que en un cuerpo sometido a presión elevada las moléculas se comprimen uniéndose más entre sí. Por lo tanto para lograr su vaporización (ebullición) se necesita mayor temperatura que la necesaria en condiciones normales de presión. En el caso de estar este líquido sometido a presiones menores a la atmosférica, las moléculas se encuentran más dispersas y por lo tanto será más fácil transformar el mismo en vapor, con temperaturas menores. Para aclarar más este fenómeno, citaremos un ejemplo sencillo. Si debemos subir por una escalera y no llevamos ningún peso con nosotros, debemos realizar, un esfuerzo REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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determinado; pero si realizamos el mismo trabajo llevando un peso de 20 Kg, el esfuerzo necesario será mayor. Sobre los cuerpos sometidos a una presión elevada sucede lo mismo, ya que la presión ejerce un peso sobre ellos que aumenta la unión entre sus moléculas. Por ello el punto de ebullición de un líquido no sólo depende del tipo de sustancia sino además de la presión a la que se encuentra sometido. Hay de acuerdo a todo esto, una regla muy importante que debemos recordar, ya que nos será muy útil en refrigeración, y es la siguiente: -

“A mayor presión, mayor temperatura” “A menor presión, menor temperatura” “Presión y temperatura son directamente proporcionales”

P.A.N.

+ P.A.

- P.A.

H2O

H2O

H2O

100ºC

+ 100ºC

- 100ºC

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PRINCIPIOS DE LA REFRIGERACIÓN En lecciones anteriores hemos visto que para que un cuerpo líquido pasara al estado gaseoso era necesario agregarle una determinada cantidad de calor. Como ejemplo teníamos un recipiente con agua al cual aplicábamos calor y lográbamos la vaporización. En la evaporización sucede algo similar, ya que el líquido para evaporarse debe absorber calor, y éste lo toma del medio que lo rodea. 1.

Refrigeración por evaporación natural: Un ejemplo elemental de refrigeración sería el siguiente: si nos mojamos una mano con agua y la exponemos a una corriente de aire, sentiremos una sensación de “frío” en ella. Esto se debe a que el agua comienza a evaporarse y para ello necesita calor, el que toma de la mano, haciendo descender su temperatura.

Este método elemental que nos permite disminuir la temperatura de un cuerpo por debajo de la del medio ambiente, se le denomina “Refrigeración por Evaporación Natural”. La evaporación de un líquido puede provocarse sometiéndolo a una corriente de aire seco o bien reduciendo la presión que actúa sobre el mismo. En ambos casos el cambio de estado del líquido se realiza siempre absorbiendo calor. Casi todos los métodos de refrigeración se basan en el aprovechamiento del calor latente de un cuerpo al cambiar de estado físico. De acuerdo a esto, si tenemos un recipiente con agua al cual lo envolvemos con un paño húmedo, y lo exponemos a una corriente de aire seco, el agua contenida en el paño comienza a evaporarse quitando calor del recipiente y por lo tanto enfriando el agua contenida en su interior. Para conseguir un mayor efecto frigorífico por el método de evaporación, se utiliza en lugar del agua, otras sustancias cuyo punto de ebullición sea inferior al de ésta y que por consiguiente se evaporan con mayor facilidad. Generalmente en estos procesos de refrigeración se utilizan compuestos químicos cuyo punto de ebullición es inferior a 0º, por lo tanto a temperatura ambiente se volatiliza bruscamente, enfriando el medio que lo rodea. Por ejemplo: el anhídrido sulfuroso, hierve a 10ºC bajo cero. Si ponemos en tubo de vidrio una pequeña cantidad de anhídrido sulfuroso, e introducimos dicho tubo en un recipiente con agua a temperatura ambiente, el calor del agua se transmitirá a través de las paredes del tubo y será absorbido rápidamente por la evaporación del anhídrido sulfuroso líquido. El agua que rodea al tubo de vidrio se enfriará

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mucho y se convertirá en hielo, mientras que el resto del agua contenida en el recipiente, se enfriará también por convección.

2.

Refrigeración por hielo: Este sistema es muy conocido por todos y sin duda fue el método más empleado hasta hace pocos años. Un kilogramo de hielo para fundirse totalmente, necesita absorber 80K calorías, por lo tanto puede obtenerse con este elemento un buen efecto frigorífico.

Podemos lograr un mayor efecto frigorífico utilizando hielo seco, que no es otra cosa que anhídrido carbónico solidificado. La ventaja del hielo seco, es que pasa del estado sólido al gaseoso sin pasar por el estado líquido, y por consiguiente el recinto donde éste se encuentra se mantiene siempre seco. El hielo seco es utilizado principalmente para el transporte y la conservación de helados.

3.

Refrigeración por expansión brusca de aire: Una de las formas más sencillas de obtener refrigeración por medios mecánicos, consiste en comprimir aire en un recipiente, para después de haberle extraído parte de su calor, permitir la expansión brusca del mismo obteniéndose así un efecto refrigerante en el medio que lo rodea.

Para comprender este principio es necesario conocer previamente algunos conceptos fundamentales. Cuando se comprime un gas, como por ejemplo aire, éste se calienta, y

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podemos comprobarlo fácilmente en un bombín al notar como se calienta éste a medida que comprimimos aire dentro de un neumático. También es cierta la inversa de este principio, ya que se almacena aire comprimido en un cilindro metálico durante algún tiempo, el calor producido por la comprensión se escapará a través de las paredes del recipiente pasando al medio ambiente. Si luego lo dejamos expandir bruscamente al retornar el aire a su volumen inicial, tiene que absorber nuevamente el calor perdido, tomándolo del medio ambiente y produciéndose un efecto frigorífico en el mismo. Un sencillo ejemplo de este proceso lo observamos diariamente en aerosoles , extintor, etc. Cuando permitimos que los gases o líquidos sometidos a presión dentro de los mismos salgan a la atmósfera, éstos enfrían el lugar donde tocan, ya que toman calor de éste al expandirse. Basándose en lo explicado anteriormente, es fácil conseguir una buena refrigeración por medios mecánicos utilizando los siguientes elementos: un compresor de aire, un cilindro de enfriamiento, y una caja o gabinete donde se colocan los elementos que se desean refrigerar. Como observaremos en la figura, por medio del compresor introducimos en el cilindro de enfriamiento aire a presión, donde se lo conserva manteniendo la válvula cerrada. Una vez que el aire ha perdido su calor de compresión, abrimos dicha válvula permitiendo que escape el aire que se encontraba comprimido en el recinto, expandiéndose bruscamente y enfriando por consiguiente el interior del gabinete, y los objetos que se encuentran dentro del mismo.

4.

Refrigeración por el sistema de compresión de vapor o ciclo mecánico de refrigeración: Al igual que la refrigeración por hielo, el método de compresión se basa también en la utilización del calor absorbido por una sustancia durante su cambio de estado. En este caso no nos basamos en el calor que absorbe un cuerpo sólido, como en el caso del hielo, al fundirse, sino que nos referimos al calor que absorbe un líquido al evaporarse.

En estos sistemas de refrigeración se utilizan compuestos químicos denominados “refrigerantes”, cuya condición fundamental es que su punto de ebullición es muy inferior a la temperatura ambiente, generalmente inferior a los 0ºC. REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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El sistema de compresión es el más extendido en la actualidad dentro de la refrigeración moderna, tiene, entre otras la ventaja de que el líquido vaporizado se recupera ya que la circulación de éste se realiza dentro de un circuito cerrado. Descubriremos ahora en forma elemental este sistema de refrigeración, y luego, más adelante profundizaremos sobre cada uno de sus componentes.

En la figura podemos observar un equipo elemental del sistema de compresión. El líquido refrigerante que se encuentra en el evaporador, absorbe calor de su alrededor y se evapora. Los vapores formados en el evaporador, son constantemente aspirados por el compresor y comprimidos hacia el condensador, donde se condensan entregando calor al medio ambiente. De esta manera el calor proveniente de los objetos del evaporador y el motivado en la compresión del vapor, es entregado al aire circulante. La reposición de refrigerante en el evaporador se efectúa por entrada de líquido refrigerante en forma continua, proveniente del condensador, manteniendo de esta manera líquido en el evaporador. En su camino desde el condensador al evaporador, el líquido refrigerante pasa a través de un dispositivo de expansión, donde se descomprime y adquiere nuevamente la temperatura de vaporización. De esta manera, el refrigerante queda preparado nuevamente para absorber calor.

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ELEMENTOS COMPONENTES DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN Los sistemas de tipo “compresión” tienen 8 partes fundamentales que son: el compresor, el condensador, dispositivos de expansión, el evaporador, el interruptor eléctrico, el motor eléctrico, el fluido refrigerante y el gabinete. A menudo se le agregan otros accesorios para mejorar el funcionamiento de los sistemas, pero las partes nombradas anteriormente, son las fundamentales, por lo tanto pasamos a describir en forma superficial la función que cumple cada una de ellas en el sistema: 1.

El compresor

El compresor es la parte del equipo sistema encargado de aspirar por un lado los vapores provenientes del evaporador y comprimirlos a presión adecuada hacia el condensador. El compresor sirve también para obligar al refrigerante líquido a pasar del condensador al evaporador. El tipo más corriente de compresor es el de pistón, pero también los hay del tipo rotativo. En los sistemas pequeños, se emplean compresores de un solo cilindro; en los mayores se utilizan generalmente compresores de 2 cilindros, con los que se logra una marcha más suave y equilibrada.

2.

El condensador

El condensador es el elemento donde se condensa el fluido refrigerante. Esta condensación se llevará a cabo, siempre y cuando la superficie del condensador sea suficiente para disparar el calor contenido en el refrigerante. Para condensadores enfriados por aire natural se emplean tubos de cobre liso sin costura provistos de aletas, para aumentar la superficie y por lo tanto, el efecto de disipación del calor.

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En ciertas unidades, principalmente las comerciales e industriales se coloca un ventilador para impulsar aire a gran velocidad contra el condensador. En equipos familiares no suele utilizarse ventilador para este fin, por lo cual es necesario dotar al condensador de una superficie suficientemente grande para que la circulación natural de aire permita una eficiente disipación del calor.

Condensador de tubo y varilla

3.

Dispositivo de expansión

A la entrada del evaporador se encuentra un elemento muy importante del sistema, el dispositivo de expansión. Este dispositivo se utiliza para regular la entrada en el evaporador del líquido refrigerante procedente del condensador. A su vez este dispositivo reduce la alta presión a que está sometido el fluido refrigerante en el condensador, a la baja presión reinante en el evaporador. Estos dispositivos se clasifican en: a) Restrictores: Tubo capilar b) Válvulas: 1. Automáticas 2. Termostáticas: - Compensada externamente - Compensada internamente - Con by-pass 3. Deflotador: - De alta presión - De baja presión Tubo capilar

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4.

El evaporador

Es otro de los elementos importantes en toda instalación frigorífica, por ser donde se produce el efecto frigorífico que se desea obtener. Definiendo a los evaporadores en forma general, diremos que son recipientes metálicos donde se efectúa la evaporación del refrigerante líquido que proviene del condensador a través del dispositivo de expansión, con la consiguiente absorción de las calorías contenidas en el recinto a enfriar. Existen varios tipos de evaporadores cuya forma depende del tipo de dispositivo de expansión que se utilice. En los evaporadores llamados “secos” el líquido refrigerante es inyectado en forma de niebla a través del dispositivo de expansión. El evaporador, si bien no está lleno de líquido contiene cierta cantidad de refrigerante en tal estado, por lo que no resulta del todo apropiada la denominación de seco. Hay otro tipo de evaporador, el llamado “inundado” (que utiliza válvula de flotador) en el cual los tubos se encuentran llenos de líquido refrigerante lo que resulta ventajoso para una mejor absorción del calor. Existen varios modelos y como los evaporadores están expuestos continuamente a la humedad, se construyen de cobre, aluminio y a veces también en acero inoxidable.

5.

Interruptor eléctrico

Se emplea para poner en marcha y para automáticamente el motor que mueve al compresor con la frecuencia necesaria para mantener la temperatura deseada en el interior del gabinete a enfriar. Estos interruptores se llaman a menudo termostatos y presostatos según su método de accionamiento, ya sea tomando como referencia temperaturas o presiones del sistema, según el caso.

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6.

El motor eléctrico

Se utiliza para impulsar al compresor y por lo tanto es una parte muy importante en los sistemas de refrigeración por compresión. La potencia de estos motores varía entre 1/10 y ¼ HP para unidades familiares, y entre ½ y cientos de HP para unidades comerciales e industriales. Actualmente se utilizan en equipos familiares motores monofásicos de fase partida, mientras que para equipos industriales generalmente se usan motores trifásicos, con motor en jaula de ardilla.

7.

El fluido refrigerante

Se utiliza para absorber calor en el evaporador y arrastrar ese calor por medio del compresor hasta el condensador, donde cede su calor al medio que lo rodea. Los fluidos refrigerantes son entonces agentes intermediarios para la transferencia de calor, de un lugar a otro. Entre las propiedades que debe reunir un fluido refrigerante, es fundamental tener en cuenta la facilidad que posea este para pasar del estado líquido al gaseoso, pues durante el cambio de estado es cuando el refrigerante absorbe la mayor cantidad de calor.

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Válvula de salida

Cilindro de refrigerante

Tapón de seguridad El gabinete El gabinete o armario es otro de los componentes importantes del sistema, no sólo porque sirve para almacenar cómodamente los productos que hay que conservar, sino, que debe impedir también, la penetración del calor del medio ambiente al interior frío del gabinete. Para cumplir con esta condición las paredes de los gabinetes están aislados con distintos tipos de materiales, mientras que las puertas poseen cierres herméticos para evitar filtraciones de calor desde el exterior.

Gabinete exterior

Aislación

Evaporador

Gabinete interior

Burlete

Condensador

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Compres or

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SISTEMA DE ALTA Y BAJA PRESIÓN El sistema de refrigeración por compresión se divide básicamente en 2 partes bien definidas, que son: la zona de alta presión y la zona de baja presión. Los elementos que componen la zona de alta presión son los comprendidos desde la válvula de salida o de descarga del compresor, pasando por el condensador, depósito de líquido (si tiene), y línea de líquido hasta el dispositivo de expansión. La zona de baja presión comienza en la salida del dispositivo de expansión, y comprende el evaporador y la tubería de aspiración hasta la válvula de entrada al compresor.

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Unidad condensadora motocompresor

Condensador

Ventilador Depósito de líquido UNIDADES CONDENSADORAS

En equipos comerciales e industriales se suele agrupar el conjunto motor-compresor sea éste abierto, hermético o semi-hermético, el condensador, ventilador y depósito de líquido, sobre una base metálica. A este conjunto de elementos se le denomina unidad condensadora, y se le ubica separada del recinto a enfriar. FLUIDOS REFRIGERANTES Para obtener una buena refrigeración desde el punto de vista comercial, todo refrigerante debe reunir en el mayor grado posible las siguientes cualidades:

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1.

Calor latente de evaporación: El número de calorías a absorber en su evaporación ha de ser elevado, a fin de emplear la menor cantidad posible de refrigerante en el proceso de evaporación, para obtener una temperatura determinada.

2.

Punto de ebullición: Deberá ser lo suficientemente bajo, para que siempre sea inferior a la temperatura de los alimentos que se depositen en el refrigerador. En la práctica se utilizan refrigerantes cuyo punto de ebullición se encuentra en temperaturas del orden de los –20ºC.

3.

Temperaturas y presiones de condensación: Deberán ser bajas para condensar rápidamente a las presiones de trabajo normales y a las temperaturas usuales del medio enfriador que se emplee en el condensador, por ejemplo el aire circulante en el ambiente.

4.

Volumen del refrigerante evaporado: Es el espacio que ocupa el refrigerante en estado de vapor, el cual debe ser lo más reducido posible.

5.

Temperatura crítica: Para todos los refrigerantes existe una temperatura, a la cual no se condensan, por grande que sea la presión aplicada sobre ellos. Esta temperatura se denomina temperatura crítica. En refrigeración es necesario que la temperatura crítica sea lo más elevada posible.

6.

Efecto sobre el aceite lubricante: Todos los compresores requieren ser lubricados, por lo que la naturaleza del refrigerante no debe afectar las características del aceite empleado, descomponiéndolo.

7.

Tendencia a la inflamación o explosión: Un buen refrigerante, debe tener entre otras cualidades, la de no ser inflamable, ni explosivo.

8.

Acción sobre los metales: No deben atacar los materiales en las distintas piezas de la instalación.

9.

Propiedades tóxicas: Los fluidos refrigerantes no deben ser de ninguna manera tóxicos, y por consiguiente no han de resultar nocivos para el cuerpo humano.

10.

Localización de fugas: Es muy interesante que por su composición los refrigerantes resulten de fácil localización en las fugas que puedan producirse en el sistema.

11.

Olor del refrigerante: En lo posible un buen refrigerante, conviene que sea inodoro o a lo sumo de olor soportable.

12.

Ecológico: No deben dañar el medio ambiente ni la capa de ozono.

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Como es de suponer, todas estas condiciones ideales, no se encuentran en su totalidad reunidas en un determinado refrigerante. Por tal motivo hay que elegir el refrigerante que reúna el mayor número de estas propiedades, teniendo en cuenta para ello, la aplicación que se le va a dar al mismo.

REFRIGERANTES MÁS EMPLEADOS 1.

Amoniaco: R 717 Fórmula química: NH3 Punto de ebullición: -33,3ºC Temperatura crítica: 132,8ºC

Uno de los refrigerantes más empleados, sobre todo en instalaciones frigoríficas de importancia (conservación de carne, fabricación de hielo, etc.) es el amoniaco. No obstante también se emplea en pequeños refrigeradores y muy especialmente en los de absorción. El olor de este refrigerante es bastante desagradable y penetrante, irritando las mucosas y provocando intenso lagrimeo. Considerado bajo este punto de vista el olor es un inconveniente, pero resulta en cambio una ventaja, en comparación con los refrigerantes inoloros, por lo fácil que resulta localizar un escape. Su acción sobre las personas es prácticamente nula en proporciones inferiores a 1/30 en exposiciones de una hora. En estado natural es un vapor muy soluble en agua, pudiendo disolverse en este último elemento. El amoniaco que se emplea en los equipos refrigeradores debe ser purísimo, completamente exento de agua. INFLAMABILIDAD El amoniaco es inflamable pero sólo cuando su temperatura es superior a los 85ºC. A la temperatura ambiente la combustión es difícil, pero si se lo calienta a la temperatura indicada, se inflama con rapidez y arde con una llama amarillenta, con matices de verde.

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El amoniaco es también explosivo, aunque dentro de límites muy restringidos de mezcla con aire. Como sea que en estas proporciones no es posible la permanencia en un ambiente, el peligro de inflamación por llama abierta es mínimo. De todos modos hay que recordar siempre que existe tal posibilidad, sobre todo cuando se procede a abrir un compresor de amoniaco. ACCIÓN SOBRE LOS METALES El amoniaco no reacciona sobre los metales, pero cuando contiene agua ataca activamente al cobre y al latón, pero no al hierro ni el acero. Como sea siempre hay que prever un cierto contenido de agua, conviene que las válvulas, armaduras y tubería no sean de cobre ni latón, para evitar posibles inconvenientes.

ESCAPES El mejor medio para localizar un escape de amoniaco es guiándose por el olor penetrante de este refrigerante, aunque por este sistema, lógicamente no podrá determinarse el sitio exacto del escape. Visualmente se localiza un escape mediante una varilla de vidrio, sumergida previamente en ácido clorhídrico, que se conducirá a lo largo de la tubería; el amoniaco de escape, al combinarse con este ácido produce un humo blanco. ACCIÓN SOBRE LOS LUBRICANTES El amoniaco es prácticamente inactivo sobre los lubricantes utilizados en refrigeración. 1.

R 11: Tricloromonofluorometano Fórmula química: CCL3F Punto de ebullición: +23,8ºC Temperatura crítica: 198ºC Se utiliza casi exclusivamente para la limpieza de los sistemas de refrigeración.

2.

R 12: Diclorodifluorometano Formula química: CCL2F2 Punto de ebullición: -29,8ºC

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Temperatura crítica: 111,7ºC Lubricante: Mineral Tiempo de vida: 120 años Es un gas incoloro e inoloro, prácticamente inofensivo, presenta no obstante algunos inconvenientes, como ser, calor de vaporización muy reducido, por cuyo motivo se requiere mayor circulación de refrigerante; se precisa un mayor volumen de cilindro que empleando amoniaco. Resulta pues, que en resumen una instalación en la que se emplee R 12 es más costoso que su equivalente con amoniaco como refrigerante, motivo por el cual se emplea principalmente en refrigeración familiar y en pequeños sistemas comerciales.

INFLAMABILIDAD Este refrigerante no es inflamable ni explosivo. Calentándolo con una llama en presencia de oxígeno y vapor de agua, sufre una descomposición. Toxica para quién la respira. ACCIÓN SOBRE METALES En general su acción corrosiva sobre los metales es nula. Se han llevado a cabo varias experiencias para comprobar su acción sobre los metales, habiéndose ensayado aluminio, hierro, acero y otros. Ninguno de dichos metales fue atacado por este refrigerante. El cobre, latón y plomo acusan un ligero oscurecimiento pero ninguna corrosión. La humedad no lo hace corrosivo pero da lugar a la formación de hielo de consistencia esponjosa que obtura fácilmente los conductos de la instalación, muy especialmente las válvulas. Se disuelve ligeramente en el agua, debiendo emplearse siempre sin ella pues en presencia de agua puede llegar a formar ácido fluorhídrico, de gran acción corrosiva sobre los metales y el vidrio. A veces suele mezclarse con una pequeña cantidad de alcohol metílico para evitar la formación de hielo. Nota: El alcohol metílico no debe ser usado para eliminar la humedad ya que corroe y daña el esmalte de las bobinas. La mejor forma de detectar una fuga de refrigerante, es esparciendo por el sistema espuma de agua jabonosa la que al mezclarse con el refrigerante da lugar a la formación de burbujas. ACCIÓN SOBRE LOS LUBRICANTES REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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Este refrigerante se mezcla con los aceites minerales en cualquier proporción, por lo que se recomienda usar aceites que posean densidades elevadas. 1.

R 22: Monocloro difluorometano Fórmula química: CHCLF2 Punto de ebullición: - 40,8ºC Temperatura crítica: 96ºC Lubricante: Mineral y poliol éster Tiempo de vida: 120 años

Es otro de los refrigerantes más utilizados, especialmente en equipos que necesitan proveer muy bajas temperaturas. Se utiliza principalmente en aire acondicionado y refrigeración industrial. 2.

R 502: Mezcla de R 22 – 48,8% y R 115 – 51,2% Fórmula química: CHCLF2 – CCLF2CF3 Punto de ebullición: - 45,6ºC Temperatura crítica: 82ºC Lubricante: Mineral y poliol éster

Se utiliza principalmente en refrigeración industrial, en reemplazo del amoniaco, además posee un mayor poder frigorífico que el R 22. Posee una gran aplicación en los túneles de frío, de congelado ultra rápido, a temperaturas cercanas a los – 35ºC. 3.

R 134 a: Tetrafluoretano, ecológico reemplazante del R 12 Fórmula química: CH2FCF3 Punto de ebullición: - 26,1ºC Temperatura crítica: 101,1ºC Lubricante: Poliol éster Tiempo de vida: 16 años ENVASES DE LOS REFRIGERANTES

Los refrigerantes van dispuestos, en estado líquido y gaseoso, en envases metálicos especiales, de forma especial, provisto de válvulas de salida. Los cilindros de gran capacidad van provistos, además, de sendos tapones de seguridad. Las capacidades de los cilindros son muy diversas, oscilando entre 3 y 100 Kg.

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Válvula de salida Gas refrigerante Líquido de refrigerante

Tapón de seguridad

CÓDIGO DE COLORES PARA LOS ENVASES DE LOS REFRIGERANTES      

R 11: color naranja R 12: color blanco R 22: color verde R 502: color morado R 717: color rojo R 134 a: color celeste

TRASVASO DE REFRIGERANTE El refrigerante se adquiere, para mayor economía, en cilindros de grandes capacidades, son los llamados cilindros de almacenamiento. Para facilitar el transporte del refrigerante a lugares donde se necesita, hay que trasvasarlo a cilindros más pequeños de unos 3 Kg aproximadamente. Para ello se procede de la siguiente manera: se invierte el cilindro grande, disponiéndolo sobre un soporte inclinado y se conecta al otro cilindro mediante una tubería. Primeramente se purga la tubería de comunicación y luego, una vez dispuesto el cilindro pequeño sobre una balanza, se abren las válvulas de ambos cilindros. A veces conviene calentar algo el cilindro de almacenamiento a fin de acelerar la salida del refrigerante. Una vez cargado el cilindro pequeño con la cantidad necesaria de refrigerante, se cierran las válvulas de ambos cilindros.

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Para calentar los cilindros se empleará agua tibia o un paño humedecido en agua tibia. No se recomienda utilizar una lámpara de soldar, pues para obtener un calentamiento apropiado se requiere mucha práctica. Una recomendación muy importante al trasvasar un refrigerante de un cilindro a otro, es que jamás debe llenarse por completo un cilindro de líquido refrigerante, debiendo aprovechar únicamente un 85% de su capacidad total. Llenar un cilindro completamente, en particular cuando la temperatura es baja, es sumamente peligroso. En efecto, si se llena por completo un cilindro en un día frío y se penetra con él en un ambiente caldeado, el líquido refrigerante experimenta una brusca dilatación que, al traducirse en un notable aumento de la presión, puede llegar a hacer saltar violentamente el tapón de seguridad y si éste fallara, incluso puede estallar el cilindro.

Gas refrigerante

Líquido refrigerante 100 Kg.

(11 Kg.)

LUBRICANTES UTILIZADOS EN REFRIGERACIÓN

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En forma similar y como cualquier máquina es necesario lubricar las partes móviles del compresor para evitar el desgaste de sus piezas. El aceite empleado debe ser de origen mineral, libre de organismos animales o vegetales, no debiéndose congelar, espesar o tornarse espumoso a bajas temperaturas, debe estar exento de impurezas y compuestos corrosivos que puedan afectar las partes metálicas del sistema. El uso del aceite en exceso también es un inconveniente dado que éste es impulsado al condensador donde reduce el poder de disipación de calor de este último, por tal motivo el aceite empleado debe ser justo el indicado por el fabricante. Un buen aceite debe tener entre otras las siguientes características: No contener humedad, materias extrañas, cera ni hidrocarburos, con el fin de no dañar ni obstruir el dispositivo de expansión u otros componentes del sistema.  Deber ser fluido, de viscosidad aceptable; en otras palabras, un aceite grueso, pegajoso y pesado tiene gran viscosidad, por el contrario un aceite fino que corra fácilmente tiene muy poca viscosidad.  Debe tener una rigidez dieléctrica del orden de los 25.000 Volts, es decir, resistencia al paso de la corriente eléctrica. 

ACEITE POLIOL ÉSTER PARA EL R 134 a Este aceite posee algunas características diferentes en relación a los aceites minerales utilizados en los compresores para fluidos refrigerantes no ecológicos. Miscible con R 134 a: Esta es la condición esencial para su utilización con el R 134 a, porque el aceite lubricante y el fluido refrigerante deben ser miscibles para garantizar el retorno de aceite al compresor durante su funcionamiento en el sistema.  Más higroscópico: El poliol éster es aproximadamente 100 veces más higroscópico que los otros aceites, esto significa que absorbe humedad con mucho más facilidad, lo que requiere mucho más cuidado en lo que se refiere a dejar el compresor abierto a la atmósfera (sin los tapones) sin necesidad. El tiempo máximo recomendado que el compresor puede permanecer abierto es de 15 minutos.  Difícil de remover humedad: Una vez que el poliol éster haya absorbido humedad, es muy difícil extraerla o eliminarla. El vacío es capaz de extraer solamente la humedad de la superficie del aceite.  Reacciona con agua: El agua diluida en el aceite, reacciona químicamente transformándose en ácidos y alcoholes. Estos ácidos, además de todos los efectos ya conocidos, todavía tienen la característica especial de atacar específicamente el aislamiento del motor del compresor. 

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DIFERENCIAS DEL R 134 a EN RELACIÓN AL R 12 Presión de succión menor: Considerando la misma temperatura de evaporación el R 134 a, tiene una presión menor que el R 12 (cerca de 4 Lb/p2).  Presión de descarga mayor: Considerando la misma temperatura de condensación el R 134 a, tiene una presión mayor que el R 12 (cerca de 12 Lb/p2).  Carga de gas 5 a 30% menor: Como el efecto refrigerante del R 134 a es mayor que del R 12 y su densidad es menor, se necesita menos masa de fluido en el sistema.  Capilar 5 a 20% mayor en su longitud: Como el efecto refrigerante del R 134 a es mayor que del R 12, se debe disminuir el flujo de fluido refrigerante en el evaporador a través del aumento de la extensión del capilar.  Incompatibilidad del aceite: El R 134 a no es compatible con los aceite minerales utilizados en los compresores para el R 12, ya que los aceites minerales, no son miscibles con el R 134 a. Por lo tanto los compresores fabricados para trabajar con R 134 a deben ser cargados con el aceite poliol éster con el que se puede mezclar.  Productos clorados incompatibles: El R 134 a y el aceite poliol éster, reaccionan químicamente con cloro que puede estar presente en un sistema de refrigeración. Por lo tanto la limpieza del sistema es requisito esencial para su operación adecuada. Para ejecutar esta limpieza, se recomienda el uso de nitrógeno. R 134 A: 

El R 134 a es un refrigerante no perjudicial para el medio ambiente y cumple con los severos requisitos de las autoridades en lo que se refiere a la protección de la capa de ozono. Junto con componentes y elementos adecuados, como por ejemplo: Compresor, Válvula de expansión termostática y Filtro secador. El 134 a es el refrigerante ideal recomendado oficialmente como sustitución al refrigerante R12, perjudicial para la capa de ozono. PROPIEDADES FÍSICAS El R134 a tiene un estructura molecular distinta a la del R12. Esto significa que el R134 a puede escaparse con más facilidad a través de pequeños puntos de fuga del sistema de Refrigeración. El 134 a es un refrigerante que a sido sometido rigurosamente a prueba, y que ha sido usado durante mucho tiempo en acondicionamiento de aire de la industria del automóvil. El 134 a no es inflamable ni toxico. Una gran parte de los controles de Refrigeración pueden usarse directamente en sistemas de refrigeración con 134 a. Como por ejemplo: Presostatos, Termostatos y visores de Líquido. PRECAUCIONES PARA LA CARGA DEL SISTEMA CON 134 A

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Naturalmente hay que usar nuevos manómetros. No contaminados con otros refrigerantes y con escalas especiales para 134 a. Antes de la carga del refrigerante el sistema tendrá que ser vaciado y secado rigurosamente. El mejor resultado se obtiene con una Bomba de Vacío de doble etapa, la Bomba de Vacío tiene que ser idónea para el refrigerante 134 a y no debe haber sido anteriormente usada ni debe usarse para otros refrigerantes. Solamente deben usarse cilindro de carga y unidades de vaciados exclusivos para 134 a. Bajo ninguna circunstancia estos equipos deben haber estado en contacto con refrigerante 12 o con aceite mineral.

EVAPORADORES Es la parte del sistema donde el líquido refrigerante se evapora, absorbiendo para ello el calor contenido en los productos a enfriar. Paso del refrigerante por el evaporador: En la siguiente figura se expresan los diversos estados que atraviesa el refrigerante a su paso por el evaporador después de ser expansionado a través del estrangulamiento a que da lugar el dispositivo de expansión. Antes de llegar a dicho punto el refrigerante, como ya se ha indicado anteriormente, se halla en estado líquido a alta presión, y después de atravesar el citado estrangulamiento se convierte en un instante en “líquido a baja presión”. Al efectuarse este descenso de presión tiene lugar la ebullición y consiguiente absorción de calor, en una acción parecida a la ebullición del agua, originando las clásicas burbujas. Mientras avanza a lo largo del evaporador, la masa del líquido conteniendo burbujas de vapor se convierte en masa de vapor que arrastra gotas de líquido, mezcla que se denomina “vapor húmedo”. Finalmente, cuando las últimas gotas de líquido se han evaporado, obtenemos el denominado “vapor saturado”. La temperatura del vapor saturado aumenta debido al calor que absorbe del ambiente a enfriar, y cuando llega a un punto más alto que la temperatura de saturación, se denomina “vapor recalentado”.

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TIPOS DE EVAPORADORES Siendo extenso el campo de aplicaciones del frío artificial, y asimismo tan variadas las diferentes condiciones que deben cumplirse en cuanto a temperatura y grado de humedad, se comprende el empleo de diversos tipos evaporadores, variando unos de otros en su forma y construcción. Esta diversidad de tipos se clasifica de acuerdo al tipo de dispositivo de expansión que utilizan, en 3 grandes grupos: 1. Evaporador tipo inundado (válvulas de flotador) 2. Evaporador tipo seco (tubo capilar – válvulas de expansión) 3. Evaporador tipo semi-inundado (válvulas de expansión – tubo capilar) EVAPORADOR INUNDADO Este como su nombre lo indica conserva el evaporador casi totalmente lleno de líquido refrigerante, las formas que adoptan son muy variadas, pero su construcción se basa, sin embargo, en el mismo principio, o sea, la de un depósito cilíndrico al que se unen unos tubos tal como se observa en la figura, donde se mantiene el nivel de líquido adecuado por medio de una válvula de flotador. El principio de flotador puede definirse como una válvula colocada en el lado de alta o baja presión del sistema para permitir la entrada de refrigerante líquido a medida que sea necesario, siendo controlada su acción por el nivel de líquido en el mencionado depósito REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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que normalmente debe hallarse lleno en sus 4/5 partes dejando el 5º espacio libre para los vapores desprendidos de la ebullición. Estos evaporadores son los de mayor rendimiento, ya que al hallarse toda su superficie bañada en líquido refrigerante, se obtiene una plena ebullición en toda la masa en forma muy vigorosa con la consiguiente y rápida absorción de calor en toda la superficie del evaporador, motivo por el cual se utilizan netamente en refrigeración industrial, principalmente en sistemas de amoniaco, por lo que su construcción no puede ser cobre.

EVAPORADOR SECO Este si bien es cierto no se encuentra lleno de líquido, tampoco esta totalmente seco, contiene la cantidad de líquido refrigerante absolutamente necesaria, reduciendo al mínimo la cantidad de refrigerante en el sistema, y formando un flujo continuo entre el dispositivo de expansión y la admisión del compresor, se diferencian de los inundados ya que en ellos el refrigerante se encuentra en su mayor parte, en estado gaseoso, generalmente utilizan como dispositivo de expansión tubo capilar. Estos evaporadores se utilizan netamente en refrigeración familiar y pequeños sistemas comerciales, ya que son los de menor rendimiento, existen variadas formas y modelos.

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EVAPORADOR SEMI-INUNDADO Este evaporador consiste en una variante de los 2 anteriores, esta formado por una serie de tubos cuyo extremo esta conectado a un colector o tubo de mayor diámetro, por donde se realiza la entrada común de refrigerante líquido; el otro extremo de los tubos desembocan en un colector de mayor diámetro que el de entrada por donde se efectúa la succión de refrigerante de manera uniforme. En este tipo de evaporadores es de vital importancia que estén a nivel, a fin que la distribución de líquido sea igual a través de todos los tubos conectados en paralelo. En los 3 sistemas, el primer paso estriba en el control del refrigerante, que debe entrar en el evaporador en la misma proporción que lo absorbe el compresor. Estos evaporadores son de mayor rendimiento que los de tipo seco y menor que los de tipo inundado, motivo por el cual se utilizan en refrigeración comercial y semi-industrial. Colector de entrada

Colector de salida

EVAPORADOR DE AIRE FORZADO Este modelo de evaporador esta formado por un serpentín de tubo de cobre liso sin costuras y aletas de aluminio adheridas para aumentar la superficie de absorción de calor, se le agrega un ventilador que hace circular aire forzado a través de él, aumentando así considerablemente la absorción de calor y reduciendo, en consecuencia, la superficie del REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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evaporador que se necesitaría empleando el tipo de circulación de aire natural y tubo desnudo.

Tubos de cobre liso

Aleta de aluminio

Ventilador

CÁLCULO DE EVAPORADORES El número de calorías que puede absorber en una hora, se lo denomina capacidad del evaporador y se expresa en kilo calorías por hora (k cal/hora). Para obtener una transmisión óptima del calor a través de la pared metálica del evaporador conviene que ésta sea delgada, buena conductora del calor y que la diferencia de temperatura sea grande. La capacidad se calcula mediante la siguiente fórmula: Q = S (t1 – t2) k Donde: Q = Capacidad del evaporador en k cal/hora S = Superficie del evaporador en metros cuadrados (m2) t1 = Temperatura exterior del evaporador en grados centígrados (ºC) t2 = Temperatura de ebullición del refrigerante (ºC) k = Coeficiente de conductividad que depende de la forma de evaporador y del sistema (K). La longitud se calcula mediante la siguiente fórmula: S L = ------V.T. REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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Donde: L = Longitud (mts) S = Superficie (mts2) V.T. = Superficie por metro lineal (V.T. = valor tabla) VALORES DEL COEFICIENTE (para evaporadores) K Con ventilación por aire forzado velocidad dada en mts./minutos

Sin Ventilación Forzada

Evaporador de Tubos lisos Tubos con aletas

9,5 a 11,5 4,5 a 6,5

50

100

150

200

250

16 9

24 13

32 16

40 19

48 22

A continuación transcribimos una serie de tablas que nos proporcionan datos útiles sobre tubos de acero, tubos con aletas y tubos de cobre utilizados en la construcción de evaporadores y condensadores TUBOS DE ACERO PARA EVAPORADORES Tubo de 1/4”…………… 3/8”…………… 1/2”…………… 3/4”…………… 1”……………... 1 1/4”………….

Diámetro Exterior en mm 13 17 21 27 33 41

Superficie exterior por metro lineal en mm2 0,040 0,053 0,066 0,085 0,104 0,130

Espesor de pared en mm 2,5 2,5 3 3,5 3,5 3,5

Peso por metro lineal en kg. 0,62 0,85 1,25 1,95 2,45 3,10

TUBOS CON ALETAS PARA EVAPORADORES Y CONDENSADORES Tubos de 1/2”………………… 5/8”………………… 3/4”………………… 1”…………………...

Dimensiones De las aletas en mm 65 x 65 75 x 75 90 x 90 100 x 100

Separación óptima entre aletas en mm 10 12 14 16

Superficie lateral por m. Lineal en m2 0,25 0,30 0,35 0,40

TUBOS DE COBRE PARA EVAPORADORES Y CONDENSADORES DESNUDOS Diámetro

Superficie

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Peso por

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Tubo de ¼”………………… 3/8”………………… ½”………………… 5/8”………………… 3/4”…………………

exterior en mm 7,5 10 12,5 16 20

exterior por metro lineal en m2 0,0235 0,0314 0,0393 0,0503 0,0630

metro lineal en kg. 0,18 0,25 0,32 0,42 0,53

Para utilizar prácticamente estas tablas encararemos en forma sencilla el cálculo de la superficie y longitud de un evaporador. EJEMPLOS 1. Calcular la superficie y longitud necesaria de un evaporador de tipo serpentín formado por una tubería de cobre desnudo de 3/4” enfriado por una convección de aire natural, cuya capacidad evaporativa debe ser de 30.000 Kcal/día, siendo la temperatura de ebullición del refrigerante empleado de – 5ºC y la temperatura de régimen de la cámara de 2ºC. El valor del factor “K” es de 10 y la superficie por metro lineal (V.T. = valor tabla) es de 0,0630 mt2. 2. Hacer el mismo cálculo para un evaporador de tubo aletado de 3/4”, enfriado por una convección de aire forzado, cuya velocidad del ventilador es de 250 mts./minuto. El valor del factor “K” es de 22 y la superficie por metro lineal (V.T.) es de 0,35 mt2. 1. S = ? L=? Q = 30.000 Kcal/día t1 = 2ºC t2 = - 5ºC K = 10 V.T. = 0,0630 mt2

Tubo desnudo 3/4” convección natural

Q = S · (t1 – t2) k

S=

Q (t1 – t2) · k

Q = 30.000 Kcal/día 24 Hrs.

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Q = 1.250 Kcal/Hrs. AT = t1 – t2 AT = 2 – (- 5) AT = 2 + 5 AT = 7ºC S = 1.250 7 · 10 S = 1.250 70 S = 17,8 mts2 L= S V.T. L = 17,8 0,0630 L = 282 mts. 2. S = ? L=? Q = 1.250 Kcal/Hr ATº = 7ºC K = 22 V.T. = 0,35 mt2 S=

Q (t1 – t2) · k

S = 1.250 7 · 22

Tubo aletado 3/4” Convección forzada 250 mt/min.

S = 1.250 154 S = 8 mts. L= 8 REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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0,35 L = 22 mts. EL COMPRESOR El compresor es el elemento del sistema encargado de succionar el gas refrigerante proveniente del evaporador, comprimirlo y enviarlo a presión adecuada hacia el condensador. TIPOS DE COMPRESORES Entre los tipos más comunes de compresores utilizados en refrigeración tenemos: 1. Compresor alternativo (acción reciproca o de pistón): a) b) c) 2.

Abiertos Herméticos Semi-herméticos Compresor rotativo COMPRESOR ALTERNATIVO

Es el tipo más usual de compresor, también llamado de acción reciproca o de pistón, ya que por cada revolución del eje9del compresor efectúa un ciclo completo, osea, la succión y 7 compresión o descarga del fluido refrigerante. 15 Cuerpo o carcaza Las láminas14de succión y descarga de este compresor, jamás están al mismo tiempo las Eje cigüeñal o excéntrico 2 abiertas o las 2 cerradas, sino que trabajan en forma alternativa, Pistón en una acción reciproca del pistón. Según su construcción estos compresores pueden ser abiertos, herméticos o Biela semi-herméticos. Plato de válvulas Lámina de baja 5 COMPRESOR ALTERNATIVO TIPO Lámina ABIERTO de alta 6 Prensaestopa 12 o carcaza, uno o varios cilindros, Este tipo de compresor esta formado por un cuerpo Culata o cabezal 3 16 cigüeñal o excéntrica, pistones, bielas, culata, válvulas (una Cárterde aspiración y otra de 13 descarga), volante, prensaestopa o sello, empaquetaduras y válvulas 1 Volantede servicio. 11 Anillos de compresión 2 4 8 Anillo de lubricación Válvula de servicio de baja Válvula de servicio de alta Cilindro Aceite lubricante

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El sistema trabaja en la siguiente forma: Cuando el pistón se mueve hacia abajo, se crea una zona de baja presión entre la parte superior del pistón, la tapa de cilindro y la línea de succión del evaporador. Esto hace que el refrigerante caliente vaporizado entre a la zona de baja presión. Al subir el pistón, actúa sobre el gas comprimiéndolo y lo empuja a alta presión y mayor temperatura hacia el condensador a través de una pequeña válvula. Las válvulas están diseñadas de manera tal que cuando una se abre la otra permanece cerrada. Al descender nuevamente el pistón atrae vapores de gas caliente provenientes del evaporador, lo comprime al subir y de esta forma se repite el ciclo. La biela está unida al pistón mediante un perno llamado “perno pistón”. En el otro extremo, mediante un sistema especial “cojinete de biela” se encuentra unida al cigüeñal, que sirve para transformar el movimiento de rotación que entrega el motor que está unido al cigüeñal por medio de un eje, en un movimiento rectilíneo. La válvula que controla el flujo del refrigerante proviene del evaporador, es decir de la línea de baja presión recibe el nombre de “válvula de baja presión” o de “succión”. La válvula que esta en la línea de descarga que comunica con el condensador se llama “válvula de alta o de descarga”. El pistón tiene colocados a presión unos anillos construidos con materiales especiales que se denominan “anillos del pistón”, tienen como función evitar el escape de gas entre el pistón y las paredes del cilindro. Ayudan a aumentar la eficiencia del equipo. La sección del compresor que contiene la biela y el cigüeñal, está llena de aceite que se utiliza como lubricante. El conjunto que contiene el aceite se denomina CARTER. REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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La mayoría de los compresores que se utilizan en refrigeración son de un cilindro, pero los hay de varios cilindros. Podemos concretar el trabajo de un compresor de la siguiente forma: cuando el pistón baja se produce una zona de baja presión, entran vapores refrigerantes, la válvula de alta permanece cerrada, la de baja está abierta. Cuando el pistón sube se comprime el gas refrigerante, se cierra la válvula de baja o admisión y se abre la válvula de alta o de descarga. El proceso es similar al que se cumple en un motor de automóvil. CUERPO DEL COMPRESOR Es un bloque de hierro fundido de primera calidad, finísimo y exento de poros, con aleación especial semiacero. Consta de una o dos partes; en este último caso, una para el bloque de cilindro y la otra (cárter) para el alojamiento del eje. Cuando forma un solo bloque lleva una tapa en la parte inferior para facilitar el acceso a las bielas y pistones en caso de avería. Los compresores con cigüeñal llevan en el lado del volante una tapa lateral, donde va alojado el prensaestopas que permite la colocación del cigüeñal. En algunos modelos de compresores, dicha tapa, en lugar de ir al lado del volante, sirviendo de alojamiento al prensaestopas, se halla al otro extremo, cumpliendo la misma finalidad de facilitar la colocación del cigüeñal.

Las paredes de los cilindros son rectificadas y pulidas a espejo con tolerancias muy rigurosas. La parte exterior de las paredes de los cilindros adopta la forma de aletas, a fin de aumentar la superficie de radiación del calor producido por la fricción de los pistones en las REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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paredes de los cilindros. Algunas marcas de compresores emplean “camisas” cuyas paredes interiores son también rectificadas y pulidas, que se insertan en el cuerpo de cilindros, facilitando así su reparación que se limita a la sustitución de dichas “camisas”. En el cuerpo del compresor se hallan los cojinetes de rozamiento del cigüeñal o excéntrica. Algunos modelos pequeños emplean la misma fundición rectificada, aunque la mayor parte de los compresores van equipados con cojines de bronce fosforoso. En los compresores del tipo de excéntrica, los 2 cojinetes se hallan en la misma carcasa o cuerpo y no pueden desequilibrarse. En los modelos de cigüeñal, uno va en la carcasa y el otro en la tapa lateral, por lo que al montar el compresor debe tenerse en cuenta el perfecto ajuste y alineación de ambos cojinetes. Las superficies de rozamiento de los cojinetes están ranuradas de forma que permitan una distribución uniforme y completa del aceite lubricante. En gran parte de compresores hay una bola-tope que se aloja entre una concavidad del eje cigüeñal y de la tapa del cojinete posterior (lado opuesto al del volante) y cuerpos de aluminio, con destino preferentemente a equipos frigoríficos destinados al enfriamiento de unidades de transporte, o acondicionamiento de vehículos, en los que tiene importancia el peso del equipo.

CIGÜEÑAL Y EXCÉNTRICA Los cigüeñales que se emplean en los compresores son similares en apariencia y construcción a los usados en los motores de automóvil. Se construyen normalmente de acero estampado, o de hierro forjado de aleación y dureza especiales, con las superficies de rozamiento completamente rectificadas y pulidas. Pueden ser sencillos o dobles, según el compresor sea de uno o de dos cilindros.

El eje del cigüeñal está perfectamente balanceado a fin de evitar la más pequeña vibración. Los de tipo sencillo llevan contrapeso, lo que no ocurre generalmente en los dobles. El cigüeñal lleva una parte cementada, donde se ajusta el prensaestopas, con el que forma un cierre hermético. Va asimismo provisto de una ranura para obtener una lubricación adecuada en este punto. REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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Las excéntricas se componen de un eje recto, en el que se ajusta la excéntrica. Puede ser sencilla o doble, en el primer caso lleva contrapeso, mientras que en las del tipo doble actúa ella misma de contrapeso. Las superficies de rozamiento del eje son rectificadas y finalmente pulidas, con tolerancias muy rigurosas. La excéntrica se construye normalmente de hierro fundido.

BIELAS Las bielas son de acero, de aluminio, de bronce o de fundición, con rozamientos generalmente de bronce fosforoso o de metal blanco antifricción y de gran superficie. Debido a la corta velocidad y baja temperatura de trabajo de los compresores frigoríficos y al perfecto ajuste de sus partes, el desgaste de estos cojinetes es insignificante, siempre que se mantenga el nivel de aceite requerido. Al montar las bielas debe tenerse en cuenta que un ajuste demasiado fuerte sobre el cigüeñal causaría una sobrecarga en el motor, con el consiguiente exceso de consumo del mismo y un recalentamiento innecesario del compresor.

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PISTONES Normalmente son de hierro fundido especial, aunque últimamente y en especial en los compresores que emplean refrigerantes 12 ó 22 y que trabajan a velocidades altas, se utilizan pistones de aleaciones de aluminio. Generalmente van equipados con anillos rectificados que aseguran una perfecta hermeticidad con el cilindro. Los anillos están construidos de hierro fundido y se alojan en una o varias ranuras practicadas en la periferia del pistón. Llevan un corte para facilitar su ajuste y deben manejarse con el mayor cuidado, especialmente cuando se sacan del pistón a fin de evitar su rotura. El calor los dilata, por lo que se ajustan de principio más fuertemente que los de automóvil, ya que en éstos la temperatura es más elevada que en los compresores frigoríficos.

VÁLVULA DE DESCARGA Esta válvula cumple 2 funciones, primero mantener un cierre hermético entre la parte de alta y baja del sistema, mientras el compresor se encuentra detenido evitando que el refrigerante comprimido retroceda nuevamente a la cámara del cilindro. La segunda función que debe cumplir esta válvula, es abrirse en cada movimiento ascendente del pistón, cerrándose al completar la compresión para evitar el retroceso de gases cuando el pistón descienda. Existen distintos tipos de válvulas, fundamentalmente REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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están formadas por una lámina de acero de muy buena calidad, que sella herméticamente un orificio situado en el llamado plato de válvulas, que no es otra cosa que una pieza de acero rectificada. Para lograr que la lámina apoye perfectamente sobre el plato, existen 2 sistemas; uno de ellos utiliza para el cierre a presión la propia elasticidad de la lámina, mientras que el otro sistema se basa en la presión ejercida sobre la lámina por uno o más resortes. VÁLVULA DE SUCCIÓN La válvula de succión va montada sobre el mismo plato que la de descarga, accionando en sentido opuesto a ésta. Cuando el pistón desciende se abre la válvula de succión permitiendo entrar al cilindro los gases refrigerantes provenientes del evaporador. En las figuras se ilustran distintos tipos de válvulas y plato de válvulas.

CULATA O CABEZAL

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Al igual que el cuerpo del compresor la culata es de hierro fundido y se encuentra encima mismo del cilindro y plato de válvulas. Posee interiormente 2 cavidades aisladas entre sí, pero comunicadas una de ellas, con la válvula de succión y el conducto proveniente del evaporador y la otra cavidad con la válvula de descarga y el conducto que va al condensador. Puesto que la culata está comunicada con la parte de alta presión del sistema, las tuercas de fijación de la misma deben ir fuertemente apretadas, a fin de evitar toda fuga de refrigerante a través de las empaquetaduras entre el plato de válvula y la culata.

PRENSAESTOPAS Un inconveniente de los compresores (no herméticos) es la pérdida de gas refrigerante por donde el eje del compresor atraviesa el cárter y sale al exterior. Sin embargo, puede decirse que actualmente este inconveniente se evita, o al menos se reduce en gran manera, mediante el empleo de los modernos prensaestopas metálicos o sellos. Básicamente constan de 2 partes bien definidas que son: una fija en el cuerpo del compresor y otra móvil que gira adosada al eje. Hay varios tipos de ellos, pero los más empleados son 2, el prensaestopas de fuelle y el de diafragma. El primero de ellos se compone de un fuelle elástico de cobre, de paredes muy finas que por uno de sus extremos va aprisionado entre la tapa y el cárter del compresor mediante una junta hermética, y por el otro extremo se mantiene continuamente en contacto con un resalte del eje por la acción de un resorte helicoidal de presión. En la siguiente figura se ilustra un prensaestopas de fuelle. El prensaestopas de diafragma es similar al anterior pero en lugar de fuelle lleva una membrana elástica anular que por su periferia va apretada entre la tapa de cierre y el cuerpo del compresor, al igual como en el prensaestopas de fuelle. Por su parte central el cierre hermético se realiza mediante un collarín que se mantiene constantemente apretado contra el resalte del eje por intermedio de un anillo y un soporte de presión. Hay también prensaestopas combinados con diafragma y muelle de presión que emplean un anillo de caucho.

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EMPAQUETADURAS Se utilizan en las uniones de las piezas de acople del compresor, como ser: unión de válvulas de servicio al cabezal del mismo, tapa de sujeción de sello prensaestopas, plato de válvulas en su unión con el cabezal del compresor y con la culata del mismo, etc. Se fabrican en distintos materiales como ser: plomo, compuesto especial con amianto y tela metálica (Glioerit), cartón de composición especial, etc. El tamaño, espesor y forma de las juntas, depende del tipo de equipo de que se trate, acondicionadas a las características técnicas de cada uno de ellos y de la función a cumplir en cada caso. En la siguiente figura se muestran distintos tipos de empaquetaduras.

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VÁLVULAS DE SERVICIO Son elementos que nos permiten en cualquier momento controlar el funcionamiento del compresor. Por medio de dichas válvulas podemos realizar las siguientes operaciones: efectuar vacío dentro del sistema, proceder a la carga de refrigerante, desacoplar el compresor del resto del equipo, etc. Así mismo nos permiten realizar los siguientes controles: medición de presión en el sistema de baja y de alta, colocando en cada caso los elementos de medición correspondiente como ser manómetros, vacuómetros, manovacuómetros; verificar el funcionamiento del compresor, y sus partes componentes, etc. En la siguiente figura observamos una válvula de servicio común.

VÁLVULAS DE SERVICIO La válvula de servicio consta de las siguientes partes: REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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a) Un cuerpo de fundición amarilla (latón) con tres orificios. b) Un vástago de acero (o de latón) que se desliza a rosca dentro del cuerpo de la válvula. c) Una pieza de presión a rosca cuya finalidad es apretar la empaquetadura que lleva la válvula por el extremo de maniobra del vástago. La empaquetadura asegura la hermeticidad del conjunto. d) Un asiento de entrada consiste en una pieza de unión roscada a la que se asegura el tubo de la línea de baja o el de alta, según vaya dispuesta la válvula sobre el lado de succión o el de compresión del compresor, respectivamente. e) Un asiento amplio, que forma parte del cuerpo de la válvula, y que se conecta, mediante una junta, al lado de succión o compresión del compresor. f) Un tapón de servicio que cierra el orificio (cuando no se utiliza) para la conexión del manómetro o vacuómetro. Funcionamiento de una válvula de servicio. Cerrando el vástago a fondo (cierre en avance), queda establecida la comunicación entre el orificio de servicio c (para el manómetro) y el cuerpo del compresor A. Si se cierra el vástago hacia fuera (cierre en retroceso) quedan en comunicación el orificio de entrada o salida de refrigerante B y el cuerpo del compresor A. En posición intermedia entre las dos mencionadas, quedan en comunicación los tres pasos de la válvula, es decir, orificio de servicio, orificio de entrada o salida de refrigerante y el cuerpo del compresor. Estas tres posiciones se muestran en la figura. FUNCIONAMIENTO DE UNA VÁLVULA DE SERVICIO DE SUCCIÓN La función general de la válvula es como sigue: cuando el sistema está trabajando normalmente, la válvula se cierra hacia atrás con el tapón colocado en la conexión para el manómetro. Así se obtiene una corriente continua de refrigerante evaporado por la línea de succión, a través de la válvula y hacia la zona de admisión del compresor. Para colocar el manómetro se quita el tapón, ya que con la válvula cerrada hacia atrás esta conexión permanece cerrada y no puede, por consiguiente, escapar el refrigerante ni entrar aire en el sistema. Cuando el manómetro esté adecuadamente acoplado se gira la válvula la mitad de su vuelta hacia la derecha, con lo que todos los conductos entre el sistema y el manómetro quedarán abiertos, además de existir un paso normal de refrigerante evaporado a través del cuerpo de la válvula. FUNCIONAMIENTO DE UNA VÁLVULA DE SERVICIO DE DESCARGA La válvula de servicio de descarga es del mismo tipo y a menudo de igual tamaño que la de aspiración, y va colocada entre la culata del compresor y el condensador. Sirve para regular a mano la corriente de refrigerante comprimido a alta presión que va del compresor al condensador, y tiene asimismo una conexión para el manómetro. La base

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se atornilla al conducto de descarga del compresor, y la línea de conexión del condensador, a la salida de la válvula. La posición normal de trabajo es la ya citada cierre hacia atrás. De esta forma puede sacarse el tapón y colocarse el correspondiente manómetro de alta presión; la válvula se abre entonces una vuelta y la presión existente en el lado de alta se registra en dicho manómetro. Como que esta válvula se conecta a la parte más alta del condensador, donde se regoge el aire y gases falsos que puedan haber en el sistema, la conexión para el manómetro facilita una salida a dichos gases, operación llamada purga. A menudo es necesario desmontar el compresor del sistema para su reparación o colocación de uno nuevo, lo cual puede efectuarse con muy escasas pérdidas de refrigerante cerrando las válvulas de servicio, aspiración y descarga. Se quitan los tornillos de sujeción de las válvulas con su base y, dejando aquéllas conectadas a sus líneas respectivas (descarga y aspiración), se separan del compresor. El refrigerante de alta presión en el condensador y parte del sistema queda cerrado por la válvula se servicio de descarga, y el de retorno en la línea de aspiración, igualmente por la válvula de servicio de aspiración. Los vástagos de estas válvulas de servicio son recambiables en la mayoría de los casos.

VOLANTE Va acoplado al eje del cigüeñal o excéntrico y hace girar el compresor por medio de la transmisión de una o más correas que conectan con la polea del motor. El volante se sujeta al extremo del eje por medio de una tuerca; si ésta se afloja, el volante roza con el eje y produce un silbido que puede tomarse a menudo equivocadamente por el ruido que produce una pieza desgastada en el interior del compresor. En algunos modelos de compresores, el volante va provisto de unas palas en sus radios, para ayudar a la ventilación sobre el condensador de aire, especialmente cuando por su estructura éstos se hallan desplazados del área que cubre directamente el ventilador acoplado a la polea del motor. Los diámetros del volante y de la polea del motor determinan la velocidad del compresor. Los compresores con condensadores refrigerados por aire emplean poleas a las que se acoplan unas palas de ventilador para la refrigeración del condensador.

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COMPRESOR ALTERNATIVO TIPO HERMÉTICO Se conocen bajo esta denominación todos aquellos equipos de refrigeración que llevan el compresor y el motor eléctrico encerrados en una cápsula común hermética. Se construyen para evitar los inconvenientes de fuga de refrigerante a través del prensaestopas o sello. Los conductores eléctricos para el suministro de corriente al motor tienen que atravesar la cápsula hermética pero este inconveniente no disminuye la hermeticidad ya que es una parte fija y no móvil. También quedan suprimidas las correas, ya que en estos equipos el compresor va acoplado directamente al eje del motor y su velocidad es del orden de las 2.800 RPM todo esto significa que a igualdad de potencia los equipos herméticos son de menores dimensiones que los equipos abiertos siendo en consecuencia el consumo de energía eléctrica menor. VENTAJAS DEL COMPRESOR HERMÉTICO 1. 2. 3. 4.

Eliminación del prensaestopas o sello y de las consiguientes pérdidas de gas. Funcionamiento silencioso y sin golpeteos Menor dimensión y consumo eléctrico que los equipos abiertos de igual potencia Al no haber partes móviles visibles quedan descartados los peligros de que su movimiento sea trabado por algún agente externo. Dentro de la carcaza de buen espesor se ubican los siguientes elementos:

 La tubería de aspiración o de baja que viene del evaporador  El bobinado del motor y el eje del mismo están acoplados a una excéntrica o cigüeñal que comanda la biela y ésta al pistón.  El pistón se desliza dentro del cilindro  La tapa de cilindros incluye el plato de válvulas

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 Luego el gas comprimido pasa a una cámara silenciadora que tiene como misión amortiguar el ruido provocado por el bombeo del compresor y constituye el amortiguador del equipo. Es importante destacar que la lámina de succión no está conectada al tubo procedente del evaporador, sino que aspira los vapores que dicho tubo introduce dentro de la carcaza, la que se encuentra totalmente llena de refrigerante en estado gaseoso. El compresor alternativo tipo hermético también llamado unidad sellada, por ser totalmente hermético o motocompresor, por ser dos en uno, no debe, pero en ocasiones puede ser reparado.

DESARME DE UN MOTOCOMPRESOR HERMÉTICO ALTERNATIVO

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COMPRESOR ALTERNATIVO TIPO SEMI-HERMÉTICO

COMPRESOR

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MOTOR ELÉCTRICO

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Es una variante de los 2 anteriores, es decir del compresor abierto y del compresor hermético, reúne todas las ventajas del modelo hermético, pero además permite atender fácilmente el mantenimiento y reparación de su mecanismo interior. Posee un cárter o cuerpo de fierro fundido que incorpora en su interior el mecanismo de compresión y el motor eléctrico y además posee culatas y tapas de acceso al interior; debido a estas características y ventajas es uno de los compresores más utilizados, principalmente en refrigeración comercial e industrial.. COMPRESOR ROTATIVO Este tipo de compresor se utiliza principalmente en sistemas de aire acondicionado (tipo ventana). En este compresor los ciclos de aspiración y compresión se verifican simultáneamente por la rotación continua de un rodillo excéntrico que rueda constantemente contra las paredes internas de un tambor hermético. En el interior del compresor los lados de alta y baja presión están separados por un tabique que se apoya continuamente sobre la periferia del rodillo. Estos compresores son de dimensiones, consumo eléctrico y peso algo menores que los compresores alternativos o de pistón a igualdad de potencia; su funcionamiento es ultra silencioso y sin golpeteos, su construcción requiere de gran precisión, un perfecto ajuste entre sus piezas móviles y material de primera calidad; estos compresores “no tienen reparación”. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Admitamos que se inicia el movimiento en vacío, es decir sin gases:

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 Posición 1: El rodillo inicia el movimiento en sentido de la flecha  Posición 2: El rodillo giró ¼ de vuelta (90º) y ya se inicio la aspiración de los gases  Posición 3: El gas ya ocupa medio tambor luego de un giro de media vuelta (180º). La válvula no se abre pues no hay gas en el lado de alta.  Posición 4: Continua la aspiración, el gas ocupa ya las 3/4 partes del tambor. El rodillo giró ¾ vueltas (270º).  Posición 5: Ya se ha cumplido una vuelta completa. Los gases aspirados ocupan toda la parte libre del tambor.  Posición 6: Continua la aspiración y ya se inicio la compresión de los gases aspirados en el ciclo anterior.  Posición 7: La compresión continua por el lado derecho y al mismo tiempo la aspiración.  Posición 8: La compresión del gas es ahora mayor que en la posición 6, la válvula de compresión se abre y el gas penetra en la línea de alta. El rodillo vuelve a la posición 5 completando su segunda vuelta. La válvula se cierra pues el rodillo ya ha comprimido en esta vuelta todo el gas contenido en la parte derecha del tambor. En un compresor de acción alternativa el sentido de rotación es indiferente pero en uno rotativo si se invierte varía también la aspiración y la compresión. ACUMULADOR DE SUCCIÓN O TRAMPA DE LÍQUIDO

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Tiene por misión evitar que llegue al compresor un golpe de líquido, permitiendo solamente la succión de gas refrigerante. Se instala en la línea de succión, a la entrada del compresor. Es de gran importancia la instalación de la trampa de liquido en sistemas que trabajan a bajas temperaturas ya que existe un mayor riesgo que el refrigerante en estado líquido pueda llegar al compresor. Si el refrigerante en estado líquido llegara al compresor nos causaría serios problemas. Por ejemplo retirando el aceite y lavando las piezas móviles del compresor, las averías clásicas en estos casos suelen ser: Agarrotamiento de los cojinetes, bielas y pistones, por falta de engrase adecuado y deformación e incluso rotura de las válvulas de descarga y aspiración. Debe tenerse presente ante todo que ningún compresor frigorífico ha sido diseñado para la circulación de refrigerante en este estado y que, por lo tanto, incluso un corto periodo de trabajo en estas condiciones puede dejar totalmente fuera de servicio un compresor de excelente calidad. En ningún caso debe existir un exceso de refrigerante en el sistema debiendo efectuarse la carga justa para cada instalación. Debe vigilarse el nivel de aceite, ya que no debe olvidarse que el aceite se arrastra fácilmente con el refrigerante líquido, vaciando el cárter. En los compresores que incorporan visor de aceite el nivel correcto corresponde al centro de dicho visor, donde debe observarse una línea continua y limpia, si por el contrario se aprecian burbujas o aceite emulsionado o turbio, debe deducirse la presencia de refrigerante líquido en el cárter. Por lo tanto la instalación de una trampa de líquido en el sistema será casi siempre recomendable para el buen funcionamiento de éste.

PRUEBA DE RENDIMIENTO MECÁNICO DEL COMPRESOR

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Para realizar esta prueba es necesario desmontar el compresor del sistema de refrigeración, cortando las líneas de aspiración y descarga, anterior a esto debe descargarse por completo el circuito de refrigerante. Se conecta una copla en las líneas de aspiración y descarga agregándole un niple que servirá de conexión a las mangueras del árbol de carga; conectamos la manguera de alta presión con su correspondiente manómetro, a la descarga del compresor; haciéndolo funcionar deberá levantar como mínimo una presión de 250 PSI, el compresor deberá mantener esta presión o perderla a razón de 20 a 30 PSI por minuto; si esto se cumple significa que la alta presión (compresión) funciona bien. Para probar la aspiración o línea de baja presión procederemos de la misma forma a la anterior, conectamos la manguera de baja presión (azul) con su correspondiente manómetro de Baja presión a la línea de aspiración del compresor, ponemos a este en funcionamiento y éste debe realizar un vacío a lo menos de 26 pulgadas de mercurio y mantenerlas o subir alrededor de 4 pulgadas de Vacío columna de mercurio por minuto. Si el compresor es capaz de realizar un vacío mayor de 26 pulgadas mucho mejor, si esto se cumple el compresor tendría un buen rendimiento mecánico. Nota: Para realizar esta prueba las llaves del manómetro deben estar cerradas. CAMBIO DE ACEITE DE LOS COMPRESORES Supuestamente el aceite no debiera contaminarse por trabajar en un circuito herméticamente cerrado, sin embargo no siempre es así. El cambio de aceite a un compresor se debe realizar teniendo en cuenta algunos detalles técnicos de funcionamiento, ya que a través de los años de funcionamiento el compresor y las piezas mecánicas que lo componen, biela, pistón, cilindro, eje, pasador etc van sufriendo desgaste natural provocado por el trabajo y el tiempo, este desgaste se transforma en virutas y aserrín de fierro que se mezclan con el aceite y lo van descomponiendo. Otro contaminante del aceite lubricante son las altas temperaturas de descarga que produce carboncillo en las láminas del compresor quemando y contaminando el aceite. También éste se ve afectado por el agua y la humedad, que lo contaminan cuando no se ha realizado un buen vacío al ejecutar una reparación por ejemplo. Cuando se ha roto el evaporador y se sospecha que el compresor ha podido succionar agua producto de la escarcha o condensación producida en el evaporador. Una vez perdido todo el refrigerante por dicha rotura esta agua succionada por el compresor se mezcla con el aceite y lo descompone provocando la formación de ácidos, esta humedad incluso puede tapar el tubo capilar o la válvula de expansión. En todos los casos anteriores es recomendable el cambio de aceite del compresor.

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Al realizar una reparación es bueno tomar una muestra del estado en que se encuentra el aceite para determinar si es necesario o no el cambio de éste. Para hacerlo se saca el aceite por uno de los apéndices de baja, ayudándose con presión de refrigerante o nitrógeno seco, conectado a la otra línea de baja, una vez retirado todo el aceite, se procede a hacer funcionar el compresor tapando ambas líneas de baja por unos segundos produciendo un vacío dentro de él, al descargar todo el aire que contiene por la línea de descarga, luego se introduce una de las líneas de aspiración dentro de un recipiente con la cantidad de aceite justa que se ha retirado anteriormente y que será reemplazado por aceite nuevo cargándose el compresor por diferencia de presión. Existen varias marcas de aceite para compresores de refrigeración y aire acondicionado, algunas de ellas son SUNISO en sus versiones 3 GS, 4 GS, 5 GS. Y QUALITY en sus versiones QRO 150, QRO 300. VACUACIÓN DESHIDRATACIÓN Y CARGA DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO Antes de proceder a cargar con refrigerante un sistema de refrigeración o aire acondicionado, debe extraerse todo el aire y la humedad existente en su interior. En el vocabulario del técnico frigorista, estas operaciones se denominan “hacer vacío y deshidratar el sistema”. Para hacer vacío conectamos la manguera del árbol de carga correspondiente al manómetro de baja presión a la válvula de servicio de succión o al apéndice de carga del compresor, ya sea de que se trate de una unidad condensadora comercial, industrial o un compresor doméstico respectivamente. La manguera central del árbol de carga se conecta a la bomba de vacío, la cual se pone en funcionamiento abriendo la válvula de baja presión del árbol de carga, el vacío se debe prolongar por un período de dos horas aproximadamente, al mismo tiempo que se realiza el vacío es conveniente calentar levemente (40º - 50º C.) con una lámpara soplete todos los componentes del circuito frigorífico a fin de hacer mas intensa la deshidratación del sistema. Una vez alcanzado el vacío de 28 p/columna de mercurio, por el período recomendado, se procede a inyectar el refrigerante al sistema. Para ello se cierra la válvula de baja presión del árbol de carga y se reemplaza la bomba de vació por el tubo refrigerante, antes de abrir la válvula del árbol de carga nuevamente, es conveniente purgar la manguera conectada al tubo para evitar que el aire existente en ella entre al sistema. Una vez purgada la manguera, se procede abrir la válvula del árbol de carga hasta romper el vacío, poniéndose en marcha enseguida la máquina, la carga total se obtendrá inyectando refrigerante paulatinamente y no de una sola vez. Para determinar la carga correcta de refrigerante, pueden seguirse varios métodos que explicaremos a continuación. 1) Carga por peso. REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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Algunos equipos en su placa de características indican la cantidad de refrigerante que debe ponerse en el sistema, esta cantidad viene expresada en unidades de peso (Kg., gramos y libras), al realizar la carga por este sistema, debe tenerse una balanza o pesa, a fin de pesar el tubo refrigerante antes y después de la carga para deducir por diferencia de pesadas la cantidad de refrigerante inyectada al sistema. 2) Carga por visor Cuando el sistema cuenta con visor de liquido, debe cargarse refrigerante al sistema hasta que por el visor circule solamente líquido refrigerante, libre de burbujas. Esta regla es válida solamente, si hay buena condensación ya que al haber una mala condensación habrá presencia de burbujas de vapor en el liquido. 3) Carga por presión Sabemos que la temperatura por evaporación de un líquido depende de la presión a que esta sometido. Por lo tanto valiéndonos de esta relación podemos saber que presión debe existir en el evaporador para obtener una determinada temperatura de evaporación. Ejemplo: Si deseamos mantener una temperatura de evaporación de -20º C., y si el sistema utiliza R – 12, la presión que debemos mantener en el evaporador es de 7,4 Lb/p2. Es importante hacer notar que esta presión debe existir cuando todo el recinto refrigerado esté frío y no cuando recién se comience a cargar con refrigerante ya que en ese instante la temperatura del recinto es alta, por este motivo la carga mediante este método debe hacerse lentamente. Este sistema de carga se utiliza en los equipos domésticos y en todos aquellos que no tienen tubo recibidor de líquido. 4) Carga por congelamiento o escarche del evaporador Este método consiste en inyectar refrigerante hasta que el evaporador se escarche completamente. Y debe emplearse solamente cuando no es posible medir presiones ni se cuenta con visor de líquidos. Los equipos de refrigeración y aire acondicionado pueden cargarse por el lado de alta o baja presión. Si los equipos son pequeños, deben cargarse por baja presión con refrigerante en estado gaseoso. Si los equipos son grandes, tipo industrial o comercial, debe cargarse por el lado de alta presión con refrigerante en estado líquido directamente al tubo recibidor de líquido. Una vez terminada la carga, o durante el transcurso de ella con el compresor detenido deberá probarse la hermeticidad del circuito, probando fugas o posibles escapes de refrigerante, utilizando el sistema de aplicación de espuma jabonosa, lámpara de fugas o detector de fuga electrónico. CONDENSADORES REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

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Como hemos visto anteriormente, el condensador es el elemento del sistema de refrigeración en el cual se realiza la condensación del gas refrigerante, que sale del compresor altamente comprimido y sobrecalentado. Durante esta transformación pueden advertirse 3 etapas bien definidas, a saber: 1. El refrigerante que ingresa al condensador a una temperatura mucho mayor que la del ambiente exterior, cede calor sensible a éste último, disminuyendo su temperatura hasta alcanzar el valor que le corresponde como vapor saturado, a la presión de alta o de condensación establecida. 2. Una vez que el vapor del refrigerante alcanza dicha temperatura, inicia la segunda etapa, consistente en su condensación, cediendo su calor latente al ambiente, que suponemos está a una temperatura inferior a la del refrigerante. Si admitimos que la presión es la misma en todo el condensador, este proceso se realiza a temperatura constante. 3. Finalmente el refrigerante en estado líquido, tiende a igualar su temperatura con la del ambiente, cediendo nuevamente calor sensible y pasando a la condición de líquido subenfriado. Encontramos en cada condensador, 3 zonas que representamos esquemáticamente en la siguiente figura. Desde la entrada E hasta el punto indicado con la letra A, tenemos la primera zona.

Vapor sobrecalentado

E A

Líquido y vapor saturado B S

Líquido subenfriado

Pasa al ambiente calor sensible y el refrigerante se satura. Desde A hasta B, se extiende la segunda zona. El refrigerante se condensa a temperatura constante cediendo al ambiente, que está a una temperatura menor, su calor latente de condensación. Finalmente, la zona tercera se prolonga desde B hasta la salida S. El líquido se subenfría, tendiendo a igualar su temperatura con la del ambiente.

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Estas 3 zonas pueden variar su extensión relativa de acuerdo con las condiciones de funcionamiento de la máquina y de la temperatura del medio ambiente en que se encuentra ubicado el condensador. Recordemos que la cantidad de calor que debe disipar el condensador es aproximadamente igual al calor que el refrigerante absorbe durante su ebullición en el evaporador, más la cantidad de calor equivalente al trabajo de la compresión. En otras palabras, cada unidad debe llevar el condensador que le corresponde de acuerdo a su capacidad frigorífica. Evaporador C

Condensado r

+

10.000 Kcal/Hr Q del compresor

D.E. 10.000 Kcal/Hr

TIPOS DE CONDENSADORES Según su método de enfriamiento los condensadores se clasifican en: I.

Condensadores enfriados por aire: 1. Por convección natural 2. Por convección forzada

II.

Condensadores enfriados por agua: 1. 2. 3. 4.

De doble tubo concéntrico “contracorriente” De inmersión Multitubular Evaporativos

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Los condensadores enfriados por agua tienen una capacidad de disipación de calor mucho mayor que los condensadores enfriados por aire, en un tamaño dado; sin embargo, el bajo costo y sencillez de estos últimos hace que se ocupen principalmente en refrigeración familiar y comercial. Como ya se ha visto antes, el fin principal del condensador es el de ceder calor del gas refrigerante, a presión elevada, al aire o agua de enfriamiento y enfriar así el gas lo suficiente para condensarlo y transformarlo en líquido. Casi todos los condensadores se construyen con tubos de cobre, pues este metal conduce muy bien el calor, y por consiguiente es muy eficiente para transmitir el calor del gas al aire o agua de enfriamiento a través de las paredes del tubo. REQUISITOS CONSTRUCTIVOS PARA UN BUEN CONDENSADOR 1. Máxima superficie posible de disipación del calor (aletas) 2. Circulación rápida del refrigerante líquido por el condensador (curva abierta y tubo liso) 3. Resistencia mínima al paso del refrigerante líquido, para disminuir el trabajo del compresor (entrada por arriba). 4. Amplio enfriamiento con aire o agua, debiendo ser la temperatura de éstos elementos lo más baja posible. CONDENSADORES ENFRIADOS POR AIRE 1. Por convección natural: Son los de menor rendimiento y debido a su bajo costo y sencillez, tienen una gran aplicación en pequeños sistemas como la refrigeración doméstica; los hay de varios tipos y modelos como por ejemplo los de tubo y varilla, y los de placa. Este sistema se ha utilizado para los refrigeradores de tipo doméstico, con variantes, pasando por el tubo con varillas soldadas a lo largo del serpentín, hasta el formado por un serpentín soldado a una chapa de hierro, de forma especial (U), que al ser colocada en la parte posterior del refrigerador constituye una chimenea por la que circula el aire llevándose el calor que cede el condensador; debido a la instalación de estos condensadores es importante que entre este y las paredes cercanas exista un cierto espacio que permita la libre circulación del aire.

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De placa

De tubo y varilla

2. Por convección forzada: Son de mayor rendimiento que los de convección natural, tienen una gran aplicación en sistemas comerciales e industriales; el tipo de condensador que se usa es el formado por un tubo de cobre con aletas de aluminio y circulación de aire forzado, el que se logra por la acción de un motoventilador.

Tubos de cobre liso Aleta de aluminio

Ventilador

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UBICACIÓN DEL VENTILADOR EN LA UNIDAD CONDENSADORA En la figura 1 se ilustra un ventilador dirigiendo el aire sobre el condensador; las flechas indican como llega el aire sobre él a gran velocidad sobre una zona concentrada y dejando sus extremos con muy poca circulación de aire. En la figura 2 se ve la misma instalación pero con la diferencia de que el ventilador extrae el aire a través del condensador, en este caso la distribución de aire sobre la superficie del condensador será uniforme; pero naturalmente, no tan veloz como en la figura anterior. Además parte del aire aspirado por el ventilador no pasa por el condensador y por lo tanto presenta una pérdida bastante importante. Por último en la figura 3 se ve una disposición que extrae el aire a través del condensador de manera muy uniforme; debido a un ducto de condensación que va del condensador al ventilador. De esta forma muy poca cantidad de aire no pasa a través del condensador, este sistema produce excelentes resultados y causa menos ruido que forzando el aire como se ve en la figura 1, además que el aire no solo enfría el condensador, sino que también aprovecha de enfriar el motoventilador y también el motocompresor.

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UBICACIÓN DE LA UNIDAD CONDENSADORA EN LA SALA DE MÁQUINA Es de gran importancia el emplazamiento del equipo, con el objeto de facilitar una abundante circulación de aire. La unidad debe estar ventilada a fin de lograr que el aire frío exterior reemplace el aire caliente que despide el condensador, en caso contrario aumentaría la temperatura del recinto disminuyendo la capacidad frigorífica de la unidad. En las figuras podemos observar cual es la mejor disposición para adoptar.

C

C

C

V

V

V

M/ C

M/ C

M/ C

“MALO”

“REGULAR”

“BUENO”

MOTOCOMPRESOR CON SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DE ACEITE

Apéndice de alta

Apéndice de carga

Apéndice de baja

Aceite lubricante

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Apéndices para enfriamiento de aceite

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SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DE ACEITE

TRAMPA DE LÍQUIDO

INTERCAMBIADOR DE CALOR

FILTRO SECADOR TERMOSTATO M/C

TUBO CAPILAR

descarga

succión

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Aceite

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LIMPIEZA DE LOS CONDENSADORES ENFRIADOS POR AIRE El condensador enfriado por aire debe conservarse siempre perfectamente limpio. El polvo o suciedad en el mismo actuará como aislante, evitando que el aire llegue a los tubos y aletas, reduciendo así la capacidad del condensador en un 40 a 60%. Se ha observado que la alta presión en un condensador sucio sube de 30 a 50 libras por pulgada cuadrada sobre la presión normal. El descenso de rendimiento que ocasiona esta alta presión se confunde a menudo con la existencia de aire en el sistema. La limpieza del condensador es fundamental para el buen funcionamiento del sistema. CONDENSADORES ENFRIADOS POR AGUA 1. De doble tubo concéntrico “contracorriente” El tipo de doble tubo está formado por 2 tubos de diferente diámetro concéntricos. El refrigerante pasa entre el tubo pequeño y el mayor, y el agua de enfriamiento por el interior del tubo de menor diámetro. El tubo exterior se conecta a la válvula de servicio de descarga y el interior se extiende hasta la tubería o toma de agua. El agua que entra por la parte inferior del condensador sube por la tubería, y el refrigerante comprimido que penetra por la parte superior del condensador, circula en sentido contrario hacia abajo, de aquí la denominación de contracorriente.

1 4

3 2 Entrada de refrigerante gaseoso caliente Salida de refrigerante líquido frío Entrada de agua fría Salida de agua caliente

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2. De inmersión Los condensadores de agua tipo inmersión están formados por un depósito en cuyo interior va inserto un serpentín de agua con sus correspondientes conexiones de entrada y salida, y pueden trabajar en sentido horizontal o vertical. Debe tenerse especial cuidado en no adoptar este tipo de condensador en regiones donde la temperatura en invierno sea inferior a 0ºC, ya que se congela el agua, y puede causar la rotura del serpentín, y en consecuencia, la entrada de agua en el sistema. El único problema que presentan estos condensadores es el de la limpieza del serpentín de agua, que careciendo de tapas o cabezales a propósito, debe efectuarse pasando una solución de ácido clorhídrico u otra sustancia desincrustante por su interior.

1

2

4 3

Refrigerante líquido Refrigerante gaseoso

Caño de pesca

Entrada de refrigerante gaseoso caliente Salida de refrigerante líquido frío Entrada de agua fría Salida de agua caliente

3. Multitubular El condensador de agua tipo multitubular está formado por un recipiente cilíndrico de chapa de acero extra grueso, y tubos interiores de cobre liso o aletados, por los que circula el agua de enfriamiento. Estos tubos van ajustados herméticamente a unas placas soldadas a los extremos del recipiente, el cual se halla provisto de tapas para la limpieza de la conducción de agua. Se emplea casi exclusivamente en los compresores de gran capacidad, la mayoría de los casos el refrigerante utilizado con este tipo de condensadores es amoníaco y R22.

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4 1

2 3 Entrada de refrigerante gaseoso caliente Salida de refrigerante líquido frío Entrada de agua fría Salida de agua caliente

4. Evaporativo Su empleo es relativamente moderno y han probado su gran eficacia, sobre todo al reducir considerablemente el consumo de agua. En este tipo de condensadores una corriente de aire es movida por un ventilador que lo hace circular a través del condensador. Este condensador tiene la superficie de los tubos mojada por una lluvia de agua finamente pulverizada. A expensas del calor que le cede el refrigerante que se va condensando, un porcentaje de agua depositada sobre la superficie del condensador se vaporiza. El vapor de agua formada es eliminado por el aire, la circulación de agua es pequeña en relación con un condensador común y por otro lado la temperatura del aire que circula no aumenta mayormente, pues la mayor cantidad de calor es eliminada por el agua como calor latente de vaporización. A fin de mantener un nivel constante de agua se recurre al auxilio de un flotador, mientras que una bomba recirculadora es la encargada de elevar el agua que luego es proyectada en fina lluvia.

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En otras palabras en este tipo de condensador se aprovecha el alto valor del calor latente de vaporización del agua que nos posibilita sacar grandes cantidades de calor por unidad de peso. El volumen de aire circulando no interesa, pues excepto el trabajo de moverlo, no tiene ningún otro costo.

Salida de aire Ventilador

Eliminadores