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Manual de refrigeración
Copyright © Juan Manuel Franco Lijó.
Edición en e-book: © Editorial Reverté. S.A., 2012 ISBN: 978-84-291-9211-7 Edición en papel: © Editorial Reverté. S.A., 2006 ISBN: 978-84-291-8011-4
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Prólogo Cuando tuve la ocasión de leer este libro, que en ese momento aún era un borrador, entendí perfectamente la influencia, en todo su desarrollo, que tuvieron estudiantes, profesionales del sector y profesores a los que el autor impartió cursos de la especialidad, ya que fueron ellos los que le animaron a recopilar en un libro los temas impartidos en las clases. Su experiencia docente y profesional han sido determinantes para compaginar estas dos actividades en el libro, ya que de una parte el contenido se adapta a los programas oficiales de enseñanza (media y superior), y por otra, es un libro de apoyo y consulta para los profesionales del sector. Por ello, creo que en el intento de encontrar ese equilibrio entre ambas actividades en todos los temas, está este resultado de tratar de una manera práctica los sistemas de refrigeración. No es necesario tener conocimientos en la materia, ya que todos los temas se tratan desde un nivel de iniciación con un lenguaje sencillo y práctico, y profundizando en su estudio a medida que se desarrollan. Además hay que destacar el constante recurso del autor a los gráficos y esquemas, así como a los numerosos ejemplos de aplicaciones en todos los temas para facilitar su comprensión. Se puede decir que el libro está constituido por tres partes perfectamente definidas: Una primera, que abarca hasta el capítulo siete, donde se estudian los elementos fundamentales, los complementarios, así como los de seguridad y control de una instalación. Todo ello se trata, a modo de introducción, desde sus conceptos más básicos, como su funcionamiento, principales características, montaje, pará-
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Prólogo
metros de actuación, cálculo y proceso de selección. Aquí se expone también la importancia del conocimiento y manejo del diagrama de Mollier, y su aplicación en las instalaciones. La segunda parte es totalmente práctica y está dedicada al manejo de las instalaciones, recogida en el capítulo octavo y que trata, entre otros, de la interpretación de los manómetros, ya que a través de los mismos obtenemos una información muy importante del estado de las instalaciones, los útiles más empleados, su funcionamiento y aplicaciones (bombas de vacío, dosificadores, analizadores, etc.). También se abordan las operaciones más frecuentes que se realizan, tales como meter refrigerante en estado de gas o líquido, carga de aceite, comprobación de la hermeticidad del circuito o la realización del vacío, así como el estudio y manejo de las válvulas de servicio, de gran importancia para el correcto funcionamiento de las instalaciones. Finalmente, una tercera parte, que comprende los tres últimos capítulos. El primero de ellos, el capítulo 9, está dedicado principalmente al mantenimiento de las instalaciones, cuya aplicación es cada día más importante. Aquí se estudian los objetivos, los distintos tipos que se pueden aplicar, la elaboración de un plan de mantenimiento y los medios para recabar la información necesaria con objeto de controlar su ejecución y establecer las mejoras necesarias. El capítulo 10 trata de los fluidos refrigerantes alternativos, definitivos, y su ámbito de aplicación en las instalaciones. Por último, el capítulo 11 hace referencia a la conducción de las instalaciones, donde se recogen las averías más frecuentes y comunes a los distintos sistemas, los motivos que las originan y sus soluciones. En definitiva, con este libro se ha conseguido recopilar conceptos y aplicaciones prácticas muy importantes de los sistemas de refrigeración, que pueden ayudar a ver “alguna luz en el túnel, y no solamente el referido al de congelación”, y además de tal manera que su lectura se hace cómoda y agradable.
Ramón Gómez Rodríguez Profesor Numerario del Área de Conocimiento de Máquinas y Motores Térmicos Departamento de Energía y Propulsión Marina Universidad de La Coruña
Índice analítico
Prólogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v Índice analítico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii 1 Sistemas de refrigeración por compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 CAPÍTULO Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Elementos fundamentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.1 Funciones principales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.1.2 Fluido refrigerante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Alta y baja presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3 Elementos de seguridad y control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3.1 Presostatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3.2 Termostato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3.3 Válvula de solenoide (o electroválvula) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3.4 Presostato diferencial de aceite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4 Funcionamiento de la instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.5 Elementos complementarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.5.1 Resistencia calefactora (del cárter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.5.2 Separador de aceite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.5.3 Recipiente de líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
vii
viii
Índice analítico
1.5.4 1.5.5 1.5.6 1.5.7
Filtros de humedad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Visor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Acumulador de aspiración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Intercambiador de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 Diagrama de Mollier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 CAPÍTULO Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1 Estudio del diagrama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.1.1 Proceso de realización del ciclo estándar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2 Ciclo práctico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.3 Ciclo real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3 Compresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 CAPÍTULO Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1 Estudio de los compresores alternativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.1.1 Elementos del compresor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.1.2 Terminología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.1.3 Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.1.4 Lubricación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.1.5 Valores fundamentales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.1.6 Despiece de un compresor alternativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.2 Compresores herméticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2.2 Características del funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.3 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.2.4 Dispositivos de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.2.5 Conceptos eléctricos fundamentales de los compresores herméticos48 3.3 Compresores semiherméticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.2 Ácidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3.3 Filtro de aspiración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.4 Compresores abiertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.4.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.4.2 Características de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.4.3 Compresores de doble etapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.5 Unidades condensadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.6 Compresores rotativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.6.1 De excéntrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.6.2 De paletas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.7 Compresores helicoidales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.7.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Índice analítico
ix
3.7.2 Importancia del aceite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7.3 Valores de la relación de compresión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8 Determinación de la temperatura de descarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.9 Potencia frigorífica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.10 Regulación de la potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.10.1 Sistemas de regulación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.11 Variaciones de las presiones y su repercusión en las potencias . . . . . . . . 3.12 Funcionamiento en régimen seco y en régimen húmedo . . . . . . . . . . . . .
62 63 63 65 69 69 71 74
CAPÍTULO 4 Condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.1 Introducción y conceptos genéricos de su funcionamiento . . . . . . . . . . . . 77
4.2 Capacidad de un condensador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.3 Tipos de condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.3.1 Por agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.3.2 Por aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.3.3 Mixtos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.4 Torres de refrigeración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.4.1 Bomba de circulación del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.5 Diferencias en el montaje de una torre o un condensador evaporativo . . . 95 4.6 Importancia y efectos del subenfriamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.7 Cálculo de la capacidad de un condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 4.8 Selección del condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 4.9 Determinación del caudal de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 5 Evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 CAPÍTULO Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.1 Capacidad del evaporador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Clasificación de los evaporadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Evaporadores según el estado del fluido refrigerante en su interior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Evaporadores según su construcción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Expansión directa e indirecta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1 Expansión directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.2 Expansión indirecta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Salto térmico en los evaporadores (Dt). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Determinación de la capacidad de un evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Selección de un evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7 Desescarche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7.2 Tipos de desescarche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.8 Efectos de la presión de aspiración en el evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . 5.9 Influencia del aceite en el evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
103 104 104 106 108 108 109 113 113 115 117 117 117 124 125
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Índice analítico
6 Dispositivos de expansión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 CAPÍTULO Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.1 Tubos capilares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.1.1 Sustitución del tubo capilar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 6.2 Válvulas de expansión termostáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 6.2.1 Funcionamiento de la válvula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 6.2.2 Recalentamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 6.2.3 Colocación del bulbo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 6.2.4 Carga del bulbo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 6.3 Válvulas de expansión termostáticas con igualador externo de presión . . . . . 139 6.3.1 Montaje del igualador externo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 6.3.2 Caídas de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 6.3.3 Filtro y tobera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 6.4 Boquillas distribuidoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 6.5 Válvulas de expansión termostáticas con MOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 6.6 Selección de La válvula de expansión termostática. . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 6.7 Conceptos genéricos de las válvulas de expansión termostáticas . . . . . . . 147 6.8 Válvulas de expansión de flotador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 6.8.1 Válvula de baja presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 6.8.2 Válvula de alta presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 6.8.3 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 7 Reguladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 CAPÍTULO Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.1 Regulador de presión de evaporación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 7.2 Regulador de presión de aspiración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 7.3 Regulador de presión de condensación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 7.4 Regulador de capacidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 7.5 Válvulas para control de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 8 Manejo de las instalaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 CAPÍTULO Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8.1 Manómetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 8.2 Analizador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 8.3 Botellas de refrigerante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 8.4 Dosificador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 8.5 Bomba de vacío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 8.6 Válvulas de intervención . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 8.7 Detectores de fugas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 8.8 Válvulas de servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 8.8.1 Válvulas de servicio de aspiración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Índice analítico
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8.9 Comprobación de la hermeticidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 8.9.1 Realización de la prueba de vacío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 8.9.2 Prueba de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 9 Mantenimiento de las instalaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 CAPÍTULO Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
9.1 Mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.1 Objetivos del mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.2 Tipos de mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.3 Diferencias entre los mantenimientos preventivo y predictivo . . . 9.1.4 Ejemplo de aplicación del mantenimiento preventivo . . . . . . . . . . 9.2 Estadillos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
186 186 186 189 189 194
10 Fluidos refrigerantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 CAPÍTULO Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
10.1 Gases refrigerantes alternativos al R-12 y el R-502 . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2 Gases refrigerantes definitivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3 Codificación de los fluidos refrigerantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.1 Mezclas azeotrópicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.2 Fluidos refrigerantes inorgánicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
198 199 199 201 201
11 Averías y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 CAPÍTULO Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
11.1 Averías más comunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.1 Aumento excesivo de la presión de descarga . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.2 Presión de descarga muy baja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.3 Presión de aspiración muy alta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.4 Presión de aspiración muy baja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.5 Presión de aceite muy alta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.6 Presión de aceite muy baja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.7 El compresor carga y descarga intermitentemente . . . . . . . . . . . .
203 204 204 205 205 206 206 206
Apéndice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Índice alfabético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
C A P I T U L O
1
Sistemas de refrigeración por compresión Introducción Los sistemas de refrigeración por compresión son los más empleados en la industria de la refrigeración y, por lo tanto, el objeto de este libro. Empezaremos su estudio por los elementos fundamentales que los constituyen, a los que iremos añadiendo los de regulación y control y, posteriormente los complementarios para ver, paso a paso, sus principales características, la relación entre ellos y, entender cómo se realizan los procesos de arranque y paro de la instalación. Este capítulo servirá de base para desarrollar los posteriores en los que estudiaremos en profundidad los principales elementos.
1.1
ELEMENTOS FUNDAMENTALES
Los sistemas de refrigeración por compresión constan, básicamente, de cuatro elementos que consideramos fundamentales a través de los cuales circula un fluido refrigerante. Por lo tanto, vamos a ver de una parte los elementos fundamentales y sus principales funciones y, por otra, cómo circula el fluido refrigerante a través de ellos.
1
2
Capítulo 1 Sistemas de refrigeración por compresión
Estos elementos son (Fig. 1.1): a. Compresor b. Condensador c. Dispositivo de expansión d. Evaporador
Compresor Evaporador
Baja presión
Alta presión
Condensador
Dispositivo de expansión Figura 1.1 Elementos fundamentales de un sistema de refrigeración.
1.1.1
Funciones principales
La función principal de cada uno de ellos es la siguiente: Compresor: Aspira el fluido refrigerante a la presión de baja establecida y lo comprime elevando su presión y temperatura hasta unos valores tales que se pueda efectuar la condensación. La descarga la efectúa al condensador Condensador: Es el elemento de la instalación que se encarga de pasar el estado de vapor del fluido refrigerante a estado líquido. El fluido refrigerante entra en el condensador en estado de gas (vapor recalentado) y sale en estado líquido a la temperatura que se condensó o incluso a una temperatura menor si se produce subenfriamiento. El fluido refrigerante cede su calor al agente condensante (aire o agua). Dispositivo de expansión: Hace que el fluido, que entra en estado líquido, sufra una caída de presión (y temperatura) hasta la necesaria en el evaporador. También controla la cantidad de fluido refrigerante que debe entrar en el evaporador. Evaporador: Se encarga de enfriar o acondicionar la cámara. Puede estar dentro o fuera de la misma. Su misión es que el fluido refrigerante, que entra a baja presión y temperatura, efectúe el enfriamiento de la cámara.
1.2
Alta y baja presión
3
Es el elemento de la instalación donde el fluido refrigerante se evapora, robando calor del exterior del evaporador debido a la diferencia de temperaturas (entre la que tiene el fluido refrigerante a baja presión y temperatura, y la que rodea al evaporador). Dada la importancia que tienen estos cuatro elementos, en los siguientes capítulos los trataremos con mayor profundidad.
1.1.2
Fluido refrigerante
El fluido refrigerante está sometido a cambios de estado a lo largo del circuito: En el compresor entra en estado de gas, a baja presión y temperatura, y sale con presión y temperatura más altas (recalentado), que es como entra en el condensador. Del condensador sale en estado líquido y entra en el dispositivo de expansión. Del dispositivo de expansión sale en forma de mezcla de líquido y gas (expansión), a baja presión y temperatura, y entra en el evaporador. Del evaporador sale en estado de gas, a baja presión y temperatura, de donde es aspirado por el compresor, y se inicia un nuevo ciclo. Como sabemos, al aumentar la presión de un fluido se eleva su punto de ebullición, y al disminuir la presión, también disminuye su punto de ebullición. Esta es una de las claves de la refrigeración. Para una mejor comprensión de lo que esto representa, supongamos que el fluido que circula por estos elementos es el R-134 a, que a la presión atmosférica hierve a –27º C. Si se somete a una presión de 1 kg/cm2, hierve a –10 ºC Si se somete a una presión de 0,2 kg/cm2, hierve a –23 ºC Si la presión es de 9 kg/cm2, hierve a 39 ºC Recordemos que el agua a la presión atmosférica hierve a los 100 ºC.
1.2
ALTA Y BAJA PRESIÓN
Anteriormente hemos comentado que el fluido está sometido a cambios de presión. Por lo tanto, debemos diferenciar la parte del circuito que está sometida a una presión alta, y la que se encuentra a baja presión (Fig. 1.1). La parte correspondiente a la alta presión está comprendida entre la descarga del compresor y la entrada del dispositivo de expansión.
4
Capítulo 1 Sistemas de refrigeración por compresión
Hay que resaltar que la temperatura del fluido refrigerante no es la misma en todo ese tramo: Entre la salida del compresor y la entrada del condensador el fluido está en estado de gas (vapor recalentado). Se condensa a una temperatura menor y sale del condensador a esa misma temperatura o menor si se subenfría, con lo cual, la temperatura del fluido a la entrada del dispositivo de expansión puede ser igual o menor que la de condensación. La instalación dispone de un manómetro para saber en cada momento la presión. La parte que corresponde a la baja presión, es la comprendida entre la salida del dispositivo de expansión y la entrada del compresor. La instalación dispone del manómetro de baja presión para conocer su valor en cada momento. En este tramo, también la temperatura varía (aumenta) desde el evaporador hasta la entrada del compresor, tal como estudiaremos en capítulos posteriores.
1.3
ELEMENTOS DE SEGURIDAD Y CONTROL
La figura 1.2 representa los cuatro elementos fundamentales para el estudio de sus principales características a los que se añaden los elementos de seguridad y control.
Presostato de baja presión Presostato de alta presión Manómetro de baja presión
Manómetro de alta presión
Compresor
Cámara Evaporador
Termostato
Condensador
Dispositivo de expansión
Válvula de solenoide
Figura 1.2 Elementos fundamentales de un circuito frigorífico en los que se añaden los dispositivos de seguridad y control.
1.3
Elementos de seguridad y control
5
Hemos comentado que en un circuito frigorífico existen dos zonas bien diferenciadas, que están sometidas a distintas presiones. Pero puede ocurrir que durante el funcionamiento normal de la instalación esas presiones alcancen valores que afecten al rendimiento de la misma o, incluso, a la propia seguridad de las personas. Para evitar que estos hechos se produzcan, la instalación dispone de presostatos.
1.3.1
Presostatos
Son unos aparatos que, activados por presión, tienen la función de abrir o cerrar un circuito mediante uno o varios contactos normalmente ya sean abiertos o cerrados. De manera práctica, se puede decir que son unos interruptores eléctricos que funcionan por presión. Pueden ser: Presostatos de alta presión Se conectan a la descarga del compresor, y su función es impedir que en la zona de alta presión, se alcancen valores que afecten al rendimiento de la instalación o a la propia seguridad de las personas. Se regulan a una determinada presión, y cuando la instalación alcanza ese valor, entonces el presostato para el compresor.
a.
b. Presostatos de baja presión Se conectan a la aspiración del compresor, y su función es evitar que la presión, en la zona de baja, pueda “caer” por debajo de la presión atmosférica y evitar también que la presión descienda por debajo de la normal de funcionamiento, ya que afectaría al rendimiento. De hecho, su regulación debe estar siempre por encima de la presión atmosférica. Cuando la presión descienda hasta la correspondiente al valor de regulación, el presostato parará el compresor. Si actúa el presostato de alta presión, antes de pulsar el botón de rearme, se debe detectar la causa de ese aumento anormal de presión y solucionar la anomalía. Los presostatos de alta y baja presión no tienen que instalarse necesariamente por separado, ya que también se pueden instalar los dos formando un solo elemento, llamado presostato combinado, tal como se representa en la figura 1.3. Tal como se observa en dicha figura, además de las escalas respectivas de alta y baja presión hay una tercera escala llamada diferencial de presiones. En esta se fija la diferencia entre la presión de arranque y la de paro. En el siguiente ejemplo, veremos cómo se realiza el ajuste.
6
Capítulo 1 Sistemas de refrigeración por compresión
Tornillo de regulación de baja presión
Tornillo de regulación del diferencial
Tornillo de regulación de alta presión Rearme manual de alta presión
Escala de baja presión Escala de alta presión Escala diferencial de presión Conexión Conexión de eléctrica baja presión
Conexión de alta presión
Figura 1.3 Presostato combinado.
Ejemplo de aplicación ¿Cuál será el valor del diferencial del presostato combinado de una instalación, si queremos que el presostato corte a –23 ºC y arranque a –18 ºC? El fluido refrigerante es R-22. Mediante las tablas del mismo fluido o en los manómetros correspondientes, vemos que: A la temperatura de –23 ºC, le corresponde una presión de 1,22 kg/cm2 (que es la presión de paro). A la temperatura de –18 ºC, le corresponde una presión de 1,7 kg/cm2 (que es la presión de arranque). Diferencial = 1,7 kg/cm2 – 1,22 kg/cm2 = 0,48 kg/cm2
Aspiración
Descarga
Compresor Figura 1.4 Conexionado de un presostato combinado al circuito.
1.3
1.3.2
Elementos de seguridad y control
7
Termostato
Es el elemento que controla la temperatura de la cámara (Fig. 1.5). Abre o cierra un contacto conectado a un circuito eléctrico cuando alcanza la temperatura de regulación. Se puede decir que es un interruptor o conmutador eléctrico que funciona por temperatura. Dentro de los distintos tipos existentes, para mejor comprensión de su funcionamiento, comentaremos los de “depósito de gas”. El termostato con depósito de gas, se basa en que éste sufre variaciones de presión en relación a la temperatura que rodea al depósito que lo contiene. Si una de las paredes del depósito es de membrana, sufrirá deformaciones Figura 1.5 Termostato. a consecuencia de esos cambios de temperatura. Si además actúa sobre unos contactos, bien sea directa o indirectamente, los abrirá o cerrará de acuerdo a la regulación establecida. Como los presostatos, disponen de un diferencial (diferencia entre las temperaturas de arranque y de paro) que puede ser fijo o variable. Por lo general suele ser de ±3.
Ejemplo de aplicación Queremos mantener una temperatura de –20 ºC en la cámara y el diferencial establecido es de ±3 ºC. Ello quiere decir que la instalación se parará cuando la temperatura alcance los –23 ºC, pues el termostato, en ese momento, cerrará la válvula de solenoide. Debido a la transmisión de calor, la temperatura en el interior de la cámara aumentará hasta alcanzar los –17 ºC y entonces el termostato abrirá la válvula de solenoide, y se pondrá de nuevo en funcionamiento el compresor.
En el circuito de la figura 1.2, que hemos puesto como ejemplo para facilitar la comprensión en este capítulo, el termostato actúa sobre la válvula de solenoide (Fig. 1.6).
1.3.3
Válvula de solenoide (o electroválvula)
Aunque no es un elemento de regulación ni de control, debemos comentar sus principales características para poder entender mejor el siguiente apartado. Se coloca antes del dispositivo de expansión (Fig 1.2). Tal como se aprecia en la figura 1.6, es una válvula que contiene en su parte superior una bobina, dentro de la cual se desliza el vástago de la válvula. Si se hace pasar una corriente eléctrica a través de un hilo conductor enrollado en un núcleo de hierro, se forma un elec-
Figura 1.6 Válvula de solenoide.
8
Capítulo 1 Sistemas de refrigeración por compresión
A
B
Figura 1.7 A: Válvula de solenoide. B: Termómetro-termostato electrónico. Es decir, mide la temperatura en el interior del local y además controla la temperatura necesaria.
troimán. El núcleo puede ser atraído por el campo magnético creado al conectar la bobina y desplazado por un resorte alojado en un extremo del núcleo de hierro. Su funcionamiento es de todo o nada, no es de regulación proporcional. Cuando está activada por el campo magnético, levanta el vástago de la válvula y deja pasar el fluido. Cuando se desactiva, cesa la imanación (no hay campo magnético), el vástago de la válvula cae y corta el paso del fluido refrigerante. Va conectada en serie con el termostato, por decirlo de una manera práctica; el termostato deja pasar o corta la corriente eléctrica a la bobina, con lo cual la válvula se abre o cierra, según las necesidades térmicas.
1.3.4
Presostato diferencial de aceite
Es un elemento de seguridad; de hecho es un interruptor de seguridad (Fig. 1.9). Protege al compresor contra una presión de aceite demasiado baja. Se conecta a la aspiración y a la descarga de la bomba de lubricación (Fig. 1.8). La presión de aceite de lubricación, es la diferencia entre la presión de impulsión del aceite y la de aspiración, que es la del cárter. El presostato actúa según esta diferencia, que como dato orientativo no suele ser menor que 1 bar. Lleva incorporado un relé temporizador, de modo que si en un intervalo de 60, 90 ó 120 segundos la presión del aceite no alcanza el valor de regulación, para el compresor. Por ejemplo en el arranque, como ese valor no se alcanza de manera instantánea, el compresor se pararía al momento.
1.4
Figura 1.8 Conexionado de un presostato diferencial de aceite al compresor.
Funcionamiento de la instalación
9
Figura 1.9 Presostato diferencial de aceite.
Otro tipo de control de presión diferencial de aceite, muy empleado con los nuevos fluidos refrigerantes, es el mostrado en la siguiente figura 1.10. El sensor de control se enrosca directamente en la carcasa de la bomba del compresor. Unos canales internos enlazan el control a los puertos de aspiración y descarga de la bomba de aceite. Este tipo de controles, se puede sustituir sin necesidad de intervenir en el circuito frigorífico. También dispone de un tiempo de retardo para su actuación.
Figura 1.10 Control de presión diferencial de aceite montado en un compresor.
1.4
FUNCIONAMIENTO DE LA INSTALACIÓN
Relacionando los elementos citados, el funcionamiento de la instalación es como sigue: 1. Cuando la instalación entra en funcionamiento, la temperatura en el interior de la cámara empieza a disminuir hasta que alcanza la que queremos obtener.
10
Capítulo 1 Sistemas de refrigeración por compresión
2. En ese momento el termostato, que ya la detectó, corta la corriente a la válvula solenoide y ésta cierra. Como ya no pasa fluido, el compresor en su funcionamiento, cada vez tiene menos fluido que aspirar, con lo que su presión de aspiración empieza a “caer” hasta que alcanza el valor fijado en el presostato de baja y éste para el compresor. 3. Debido a la entrada de calor del exterior (transmisión por paredes, techo, suelo, puertas), la temperatura en el interior de la cámara empieza a subir. Cabe resaltar, que la mayor parte de las horas que trabaja un compresor, lo hace para eliminar el calor que entra por transmisión. 4. El termostato detecta ese aumento de temperatura y al cerrar sus contactos da paso de corriente a la válvula solenoide y ésta se abre. El fluido, que se encuentra a la entrada de la misma a alta presión, pasa al dispositivo de expansión (está abierto) y entra en el evaporador. A medida que va entrando, roba calor del interior de la cámara y su presión y temperatura aumentan hasta alcanzar un valor tal que corresponda al fijado en el diferencial del presostato y arranca el compresor.
1.5
ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS
Una instalación podría trabajar con los elementos anteriormente citados, pero, evidentemente, necesita de otros elementos complementarios para que el ciclo de trabajo se pueda efectuar con el mayor rendimiento posible. En el siguiente esquema (Fig. 1.11) se representan los más importantes y su disposición en las instalaciones.
Presostato de baja presión Manómetro de baja presión
Presostato de alta presión Manómetro de alta presión Separador de aceite
Compresor
Evaporador
Acumulador de aspiración
Condensador
Válvula de expansión
Termostato (de la cámara)
Válvula de solenoide
Válvula de paso recto
Visor Válvula de Filtro Válvula de líquido paso recto deshidratador de carga Recipiente de líquido
Figura 1.11 Instalación de los elementos fundamentales, de seguridad y control, y complementarios.
1.5
1.5.1
Elementos complementarios
11
Resistencia calefactora (del cárter)
Cuando las temperaturas que rodean al compresor (temperatura ambiente) son muy bajas, en los tiempos de parada del compresor puede ocurrir que el fluido refrigerante depositado en el cárter se condense, por lo que en el momento del arranque se produce una vaporización rápida del fluido que conlleva un arrastre de aceite. También la baja temperatura ambiente afecta a la viscosidad del aceite, ya que si es muy baja, ésta aumenta las resistencias a vencer en el arranque. Para evitar estas circunstancias se instalan en el cárter unas pequeñas resistencias eléctricas que lo mantienen a cierta temperatura, de tal manera que cuando para el compresor, entran en funcionamiento.
Conexión eléctrica Resistencia
Figura 1.12 Bloque de un compresor con resistencia eléctrica en el cárter.
1.5.2
Separador de aceite
Se instala en la tubería de descarga, después del compresor. El fluido refrigerante sale del compresor mezclado con el aceite de lubricación y éste debe retornar al cárter principalmente por dos razones: 1. porque el nivel de aceite del cárter iría disminuyendo y 2. porque el aceite, cuando llegue al circuito de baja presión, podría tener problemas de retorno (deja de ser miscible y crea problemas en los evaporadores, por ejemplo de transmisión o taponamientos). Los hay de varios tipos. Por ejemplo los que aprovechan la fuerza centrífuga de la descarga del compresor para efectuar la separación (Fig. 1.13) o bien la caída de velocidad a la entrada del separador para efectuar la separación.
Salida Entrada
Retorno
Figura 1.13 Separador de aceite.
12
Capítulo 1 Sistemas de refrigeración por compresión
El aceite se va decantando en el fondo del separador hasta alcanzar un nivel tal que el regulador, por ejemplo un flotador de nivel, lo detecta y abre el paso de retorno hacia el cárter. Una representación del retorno de aceite (Fig. 1.14) es la siguiente:
Aspiración
Descarga Descarga Separador de aceite
Visor
Regulador de nivel
Compresor Electroválvula
Filtro
Enfriador de aceite (no es obligatorio)
Figura 1.14 Línea de retorno de aceite.
Cuando el nivel del aceite en el interior del separador alcanza el nivel estipulado, el regulador de nivel abre la electroválvula y el aceite retorna al cárter. El aceite retorna porque la presión en el interior del separador (presión de alta) es superior a la presión reinante en el cárter. No tienen una eficacia del 100%, pero es bueno que una pequeña cantidad de aceite circule por la instalación ya que mantiene engrasados elementos como válvulas, electroválvulas, etc. El fabricante indica grabado en la envolvente cuáles son las conexiones de entrada y salida.
1.5.3
Recipiente de líquido
Conocido también como acumulador de líquido (Figs. 1.15 y 1.17). Puede ser vertical u horizontal. Se coloca a la salida del condensador, aunque los hay del tipo condensador-recipiente que forman un solo elemento. El líquido que sale del condensador no va directamente al evaporador, salvo como veremos más adelante si se usan tubos capilares, sino que se “almacena” en el recipiente. Mantiene una reserva de líquido para restituirlo según la demanda. Su capacidad varía con las características de la instalación; si se trata de una con varios evaporadores, su capacidad será por lo menos 1,25 veces la capacidad del evaporador mayor. Al ser un recipiente de alta presión, debe llevar sus dispositivos de seguridad para evitar que se alcancen presiones peligrosas.
1.5
Elementos complementarios
13
Figura 1.15 Recipiente de líquido horizontal.
Estos dispositivos (Fig. 1.16) pueden ser válvulas de seguridad o tapones fusibles. En este último caso llevan en su interior un material fungible que cuando alcanza una alta temperatura determinada se funde y deja salir el fluido al exterior.
Figura 1.16 Válvulas de seguridad.
14
Capítulo 1 Sistemas de refrigeración por compresión
Los recipientes suelen llevar un visor o nivel de líquido para saber en cada momento su contenido. También sirven para recoger el fluido refrigerante de la instalación en caso de avería o que se quiera desmontar algún elemento.
Figura 1.17 Recipiente de líquido vertical.
1.5.3.1
Recogida del fluido refrigerante en el recipiente de líquido
Es una operación que se hace con mucha frecuencia, como por ejemplo, cuando hay que sustituir algún elemento o por motivos de averías.
Ejemplo de aplicación: El esquema de la figura 1.11 nos ayudará a comprender la operación, la cual se realiza con la instalación en funcionamiento: 1. Se baja la regulación del presostato de baja presión, por debajo de la presión atmosférica. 2. Se cierra la válvula de paso recto montada a la salida del recipiente de líquido. La presión irá disminuyendo y cuando veamos en el manómetro de baja que está ligeramente por encima de la presión atmosférica, entonces paramos el compresor.
1.5
Elementos complementarios
15
3. A la entrada del recipiente de líquido suele montarse otra válvula (de paso recto) que en el momento de parar el compresor también se cerrará. Si no, se cerraría la válvula de descarga del compresor. 4. Para volver a poner la instalación en marcha, se abren las válvulas antes mencionadas, y se vuelve a regular el presostato a su anterior valor.
1.5.4
Filtros de humedad
Los grandes enemigos de una instalación frigorífica son el temido golpe de líquido y la entrada de aire. Esta última implica a su vez una doble problemática ya que, como sabemos, el aire que nos rodea es aire húmedo, con lo cual al entrar en el circuito lo hace junto con su humedad. De las con- Figura 1.18 Filtro de humedad. secuencias derivadas de la entrada del aire trataremos en profundidad en capítulos posteriores. La entrada de humedad en un circuito puede producirse de muchas maneras: Después de una reparación (o sustitución de algún elemento) Al meter aceite Durante la operación de carga de fluido refrigerante Si el compresor aspira del aire ambiente No obstante, tenemos que recordar que cuando hay pérdidas de refrigerante en alta presión también hay entrada de humedad. Ya que por difusión del vapor de agua penetra humedad en el circuito, también contra la presión del refrigerante, tanto más cuanto más seco esté el refrigerante y más húmedo el aire ambiente. La humedad puede originar serios problemas tales como bloquear los dispositivos de expansión (congelación de esas gotas del aire húmedo) o bien producir problemas en los compresores herméticos o semiherméticos, oxidaciones, etc. Para evitar la humedad en los circuitos se instalan unos filtros de humedad (Fig.1.18) también llamados deshidratadores. Contienen un agente desecante que puede ser: silicagel tamices moleculares alúmina activada óxido de aluminio, muy empleado con los nuevos fluidos refrigerantes. También existen los denominados de núcleo sólido, que son una mezcla de silicagel, tamices moleculares y óxido de aluminio. Los filtros de humedad además de su función deshidratadora, retienen impurezas (partículas sólidas).
16
Capítulo 1 Sistemas de refrigeración por compresión
Es muy importante su montaje, para ello deben seguirse las instrucciones de los fabricantes. Pero, por norma, deben instalarse en la dirección que indique el fabricante, y si es en sentido vertical descendente, se aumenta su rendimiento. Existen unos filtros secadores reversibles (Fig. 1.19) para las instalaciones con “bomba de calor” (inversión de ciclo), es decir, son bidireccionales. A efectos de mantenimiento preventivo debe cambiarse el conjunto o sólo el agente desecante, Figura 1.19 Filtro reversible. según el tipo de filtro, y de acuerdo con las horas de funcionamiento que dictamine el fabricante, para evitar que llegue al estado de saturación. Si se diera este caso en un filtro con silicagel, una solución sería calentarlo en un horno durante 3 horas, a una temperatura aproximada a los 200 ºC ya que se reactivaría y podría funcionar sin problemas durante un tiempo. La eficacia del agente desecante aumenta cuanto menor sea la temperatura del líquido a la entrada del filtro. Supongamos, por ejemplo, una instalación con condensador por aire. En verano, al aumentar la temperatura ambiente, también aumenta la temperatura de condensación y por lo tanto la del líquido, lo que influye en la eficacia del agente deshidratador y puede provocar congelación en las válvulas de expansión. Por ello si se debiera instalar un intercambiador de calor, el filtro se montaría después. Nota Al solicitar un filtro, es importante señalar que no es suficiente pedirlo según el diámetro de conexionado, sino que hay que indicar también su capacidad (volumen interior expresado en litros, que es dato del fabricante), ya que para un diámetro determinado la capacidad puede tener varios valores.
1.5.5
Visor
De manera práctica diremos que es una “ventana” (Fig. 1.20) que tenemos en el circuito. A su través sólo deberíamos ver el fluido en estado líquido 100% (saturado). Si, por ejemplo vemos burbujas, podría indicarnos que hace falta fluido refrigerante (poca carga, bien sea porque de origen no tiene la adecuada o por fugas posteriores) o bien, si hay burbujas y está frío, puede ser porque un estrangulaFigura 1.20 Visor. miento origina una expansión antes de llegar al visor. También nos indica si hay humedad en el circuito, ya que contiene una sal química higroscópica que reacciona con la humedad y cambia de color.
1.5
Elementos complementarios
17
Puede ir conectado en serie, como en la figura 1.11, o bien en paralelo (Fig. 1.21). Con lo cual en una tubería de mayor diámetro se montaría de la siguiente manera:
Visor
Fluido líquido Figura 1.21 Visor montado en paralelo.
Por último, comentar que no todos los visores de líquido tienen indicador de humedad. También se pueden montar en la línea de retorno de aceite al cárter del compresor.
1.5.6
Acumulador de aspiración
Es un elemento que se instala en el lado de baja presión, antes del compresor. Su función consiste en evitar que llegue el fluido en estado líquido al compresor. Es un recipiente metálico, que por lo general suele llevar un tubo de entrada y otro de salida. Es muy importante fijarse en ello; de hecho el fabricante nos indica cual es de entrada (está grabada). Si nos equivocamos de conexión podríamos originar problemas en la instalación. Evidentemente el tubo de entrada se conecta a la tubería que viene del evaporador, y el de salida a la que va al compresor. Si nos fijamos en el gráfico (Fig. 1.22), el tubo de salida tiene en la parte inferior un orificio calibrado (1), que sirve para el retorno del aceite. La misma depresión originada por la aspiración del compresor facilita la evaporación del fluido. 1 No hay que confundir el acumulador de aspiración con el separador de líquido, ya que éste es un elemento de las instalaciones de régimen inundado Figura 1.22 Acumulador y está perfectamente aislado, pues contiene el fluide aspiración. do expansionado a baja presión y temperatura.
18
Capítulo 1 Sistemas de refrigeración por compresión
1.5.7
Intercambiador de calor (Fig. 1.23)
Algunas instalaciones llevan intercambiadores de calor a contracorriente líquido-vapor de aspiración (A) (Fig. 1.24). Es decir, se produce intercambio de calor entre el líquido refrigerante procedente del recipiente y el vapor de salida del evaporador.
Entrada líquido refrigerante
Salida líquido refrigerante
Vapor Figura 1.23 Intercambiador de calor.
Descarga Evaporador Compresor V. expansión
V. solenoide Visor
Filtro
Del condensador
A
Recipiente de líquido
Figura 1.24 Instalación con intercambiador de calor (A).
Al ser estos elementos intercambiadores de calor, tienen doble lectura: a. La del vapor frío de la aspiración que subenfría el líquido que va al dispositivo de expansión y aumenta el rendimiento dado que la temperatura con que entra el líquido en dicho dispositivo (válvula de expansión en la figura 1.24) es menor.
1.5
Elementos complementarios
19
b. La alta temperatura del líquido que al estar en contacto con la tubería de salida del evaporador, vaporiza las posibles gotas de líquido que vayan al compresor, es decir evita que llegue líquido al compresor. Es conveniente montar el intercambiador antes del filtro de humedad, ya que cuanto más baja sea la temperatura del líquido refrigerante, mayor será el rendimiento del agente desecante. El subenfriamiento que se consigue de esta manera puede ocasionar el recalentamiento del vapor de aspiración, lo que implicaría que el trabajo del compresor fuera mayor que si entrara saturado. En el siguiente capítulo estudiaremos los efectos debidos a la realización de un subenfriamiento del líquido y un recalentamiento en la aspiración. Estos efectos dependen, principalmente, del tipo de fluido refrigerante; pero como adelanto de una importante conclusión, diremos que aunque sea muy pequeño el aumento de la producción frigorífica que se consigue (salvo con el empleo del amoníaco, que sería negativo), el principal objetivo de la instalación de un intercambiador de calor, es evitar que llegue fluido refrigerante en estado de líquido, al compresor.
C A P I T U L O
2
Diagrama de Mollier Introducción Su aplicación es muy importante, ya que con la ayuda de este diagrama representamos el ciclo de refrigeración del sistema, que nos sirve para calcular las potencias o capacidades de los elementos o bien detectar anomalías. El diagrama “presión entalpía” (p–h) es el más utilizado para la representación del ciclo. Cada fluido refrigerante tiene el suyo propio, con lo que no se puede utilizar el diagrama de un fluido para otro distinto.
2.1
ESTUDIO DEL DIAGRAMA
El gráfico de la figura 2.1 nos ayudará a interpretar los valores que contiene y también su manejo. Vamos a ver los parámetros que están representados: En el eje vertical (eje de ordenadas) tenemos las escalas de presiones en kg/ cm2 (valores absolutos). En el eje horizontal (eje de abscisas) las escalas de las entalpías expresadas en kcal/kg. 1. Vemos que hay dos líneas, que vienen a determinar las separaciones entre las distintas zonas: La línea de líquido saturado (el fluido se encuentra en la misma en estado 100% líquido). La línea de vapor saturado (el fluido se encuentra en la misma en estado 100% vapor).
21
22
Capítulo 2 Diagrama de Mollier
P (abs) kg/cm2
S cte.
t1 Zona de líquido subenfriado
Zona de vapor recalentado
Zona de mezcla P1 P2 Líneas de calidad de la mezcla
Ve cte.
Línea de líquido saturado
Línea de vapor saturado h1 h2
Entalpía kcal/kg
Figura 2.1 Diagrama p-h de un refrigerante.
2. En él distinguimos tres zonas (Fig. 2.2):
PC
P Líquido subenfriado Mezcla
Vapor recalentado
Línea de líquido saturado Línea de vapor saturado h Figura 2.2 Zonas características del diagrama p-h.
2.1
Estudio del diagrama
23
Zona de líquido subenfriado, a la izquierda de la línea de líquido saturado. Zona de mezcla (líquido y gas), entre las dos líneas. Zona de vapor recalentado, a la derecha de la línea de vapor saturado. PC representa el punto crítico. En cualquier punto situado por encima de la línea de temperatura crítica no es posible el cambio de estado de vapor a líquido. 3. Y los siguientes parámetros: Líneas de temperaturas (t1, t2...), expresadas en ºC. Líneas de presión (P1 y P2, eje de ordenadas, hay que recordar que son absolutas). Líneas de entalpías (h1 y h2, eje de abscisas). Líneas de volumen específico (Ve), muy importantes para determinar el desplazamiento volumétrico del compresor, expresadas en dm3/kg o m3/kg Su valor numérico va aumentando a medida que las líneas van hacia abajo (acercándose al eje horizontal). Líneas de entropía (S cte.), que nos determinarán la fase de compresión, expresadas en kcal/(kg·ºK). Líneas de calidad de la mezcla (10, 20, 30, ...), en la zona de mezcla, que nos indican la proporción en la que se encuentra el fluido refrigerante (título de vapor). Cuanto más cerca se encuentre el punto de la línea de líquido saturado, mayor será la proporción de líquido y menor la proporción de vapor. A medida que se vaya acercando a la línea de vapor saturado, la proporción será mayor en vapor y menor en líquido. Por ejemplo, la línea de 30 nos indicaría que en ese punto hay una proporción de 70% de líquido y 30% de vapor. En algunos diagramas, los valores de las líneas de calidad de la mezcla vienen expresados por 0,1, 0,2, 0,3, etc.; pero su interpretación es la misma.
2.1.1
Proceso de realización del ciclo estándar
A continuación (Fig. 2.3) realizaremos un ejemplo de la representación del ciclo estándar de refrigeración de una instalación que: Utiliza fluido R-22 Presión de aspiración: 1 kg/cm2 Presión de descarga: 13 kg/cm2 El proceso es el siguiente: 1. Trazamos las líneas de presiones, cuyos valores son 2 y 14 kg/cm2 puesto que deben ser presiones absolutas. 2. Tomamos la línea de presión de aspiración (evaporación), y nos situamos en el punto que interseca con la línea de vapor saturado. Este punto 1 representa
24
Capítulo 2 Diagrama de Mollier
P
14
3
36 ºC
2
75 ºC 2
4
–25 ºC 1
32
22
57,5
71
h
Figura 2.3 Diagrama p-h para la representación del ciclo estándar.
3.
4. 5.
6.
la salida del evaporador, que es la entrada del compresor (ya que al considerar el ciclo estándar, no hay recalentamiento). En este punto 1 el compresor aspira el fluido, lo comprime, elevándole la presión y la temperatura, y lo descarga al condensador en estado de vapor recalentado. A efectos de representación del ciclo, desde el punto 1 seguimos la línea de entropía S cte., que pasa por él hasta que corte la línea de presión de descarga punto 2. Este punto 2 representa asimismo la entrada del fluido al condensador. Si se diera la circunstancia de que el punto 1 no coincidiera con la línea de S cte. (que estuviese entre dos líneas de S), entonces trazaríamos una paralela a la más próxima. El fluido entra en el condensador (punto 2) y a su paso por el mismo se condensa y sale a la temperatura de condensación (punto 3) en estado líquido 100%. Asimismo este (punto 3) representa la entrada del fluido en el dispositivo de expansión, donde se expansiona, y la presión cae de 14 kg/cm2 a 2 kg/cm2 (abs). A la salida el fluido está en estado de mezcla (vemos que en la línea de índice de calidad es 32% vapor y 68% líquido). A la salida del dispositivo de expansión (punto 4) las condiciones son las mismas que a la entrada del evaporador. El fluido, al pasar por éste, se evapora a temperatura constante (calor latente de vaporización), con lo que tal como se
2.1
Estudio del diagrama
25
puede ver, a medida que circula el fluido por el evaporador, cada vez hay menos líquido y más vapor, hasta que entra nuevamente en el compresor (1). Con el ciclo representado, tenemos: 1-2 Se produce la compresión del fluido refrigerante 2-3 Condensación 3-4 Expansión 4-1 Evaporación A continuación, desde los puntos antes mencionados (1, 2, 3 y 4) trazamos las líneas de entalpía y determinamos sus valores que son: h1 = 57,5 kcal/kg h2 = 71 kcal/kg h3 = h4 = 22 kcal/kg
Con estos valores, por ejemplo, podemos determinar: a. Capacidad del condensador (Qc): La cantidad de calor absorbida por el condensador, o cedida al mismo, será la diferencia entre las entalpías a la entrada y a la salida. Qc = h2 – h3 Por lo tanto: Qc = 71 kcal/kg – 22 kcal/kg = 49 kcal/kg
b. Capacidad del evaporador o efecto refrigerante (E.R): De la misma manera, diremos que la cantidad de calor absorbida por el evaporador, será la diferencia entre las entalpías a la entrada y a la salida. Qe = h1 – h4 Qe = 57,5 kcal/kg – 22 kcal/kg = 35,5 kcal/kg
c. Trabajo del compresor (τc): Es el que realiza para comprimir el fluido desde la presión de baja (2 kg/cm2) hasta la de descarga (14 kg/cm2). Será, pues, igual a la diferencia entre ambas entalpías: τc = h2 – h1 τc = 71 kcal/kg – 57,5 kcal/kg = 13,5 kcal/kg
26
Capítulo 2 Diagrama de Mollier
d. Calidad de la mezcla: Leemos su valor: 32. Por lo que el fluido está en la proporción de: 32% de vapor y 68% de líquido
e. Temperaturas Las temperaturas de descarga, evaporación y condensación serían 75 ºC, –25 ºC y 36 ºC, respectivamente. Nota No debemos olvidar que estos valores determinados son por cada kg de refrigerante.
2.2
CICLO PRÁCTICO
Si tuviéramos que representar el ciclo práctico, tendríamos que tener en cuenta si hay recalentamientos y subenfriamientos, que aunque trataremos de ello en capítulos posteriores, vamos a ver a modo de introducción las consecuencias de ambos en el ciclo que hemos representado. Si hubiese recalentamiento en la aspiración, el punto 1 ya no estaría en la línea de vapor saturado, porque, evidentemente, se desplazaría a la zona de recalentamiento (punto 1´). Y si hubiese subenfriamiento, el punto 3 se desplazaría al punto 3´. En la figura 2.4 se comparan los ciclos estándar y práctico. Como veremos en capítulos posteriores, las consecuencias de estos cambios son notables.
P 2
3′ 3
4′
2′
1 4
1′
h Figura 2.4 Comparación de los ciclos estándar y práctico.
2.3
2.3
Ciclo real
27
CICLO REAL
Evidentemente el ciclo real está afectado por las pérdidas de carga a lo largo del circuito de alta presión, de baja presión, en línea de líquido y en el compresor, con lo que realmente toma la siguiente forma (Fig. 2.5):
P
Compresión isoentrópica
h Figura 2.5 Diagrama p-h correspondiente al ciclo real.
Como las caídas de presión en los circuitos frigoríficos son muy pequeñas (de hecho en las líneas de baja presión son menos toleradas que en alta presión), en general se trabaja con el ciclo práctico. Para que veamos la importancia de lo comentado anteriormente, diremos que cuanto mayor sea el valor de la caída de presión (o sea, menor presión a la entrada del compresor), mayor será el volumen específico y por tanto, menor será el desplazamiento volumétrico del compresor. En el capítulo siguiente hablaremos de ello con más profundidad.
ENTALPÍA (Cal/kg por encima de líquido saturado a –40 ºC) Diagrama presión - entalpía del Refrigerante 22. (Derecho de propiedad de 1964 de E. L. du Pont de Nemours & Company. Reproducido con autorización.)
0,06 0,05
0,1 0,08
0,14
0,2
0,3
0,4
0,6
0,8
1,0
1,4
2
3
4
6
8
10
14
20
30
40
60
80
100
140
200
300
400
PRESIÓN ABSOLUTA (kg/cm 2)
-70
-60
-10
-80
-90
10
20
REFRIGERANTE
“FREON - 22”
0
30
10
-50
-40
-0
-30
20
-20
-10
10
30
0
10
40
20
30
3 50
4
40
20
50
60
60
30
70
TEMPERATURA en ºC, ENTROPÍA en Cal/(kg) (ºK). VOLUMEN en dm3/kg, CALIDAD en %. E. I. DUPONT DE Nemours & COMPANY, INC. WILMINTON, DELAWARE 19898
LIQUID O SATU RADO
500
-15 -10
CALID AD CO NSTAN TE
70
80
Conversión al sistema métrico por Ediciones del Castillo, S. A. , Madrid 90
0,13
Cambio de escala
40
80
90
0,12
Cambio de escala
40
-90
50
-80
0,29
-50
0,30
-60
-70
-60
0,31
-40
0
60
0,32
-20
-10
20 10
0
40
50
60
70
30
80
0,16
60
1 -30
-10
90
-20
-30
0,15
-40
-50
0,14
-70
96,0
50
0,33
10
20
0,34
30
2
0,17
40
50
70
0,35
60
0,18
70
70
0,36
80
0,19
90
110
0,37
100
0,38
130
140
80
150
0,21
ENTROPIA CONSTANTE
120
0,20
80
160
0,39
170
180
210
0,40
200 190
90
0,22
90
4000
220
230
0,23
280
290
0,25
310
2
300
VOLUMEN CONSTANTE
2000
270 260
100
250
3000
240
1,5
TEM CO PERAT NS TAN URA TE 0,24
100
3
110
100
500
200
100
50
20
10
5
0,28
0,27
0,26
110
0,06 0,05
0,1 0,08
0,14
0,2
0,3
0,4
0,6
0,8
1,0
1,4
2
3
4
6
8
10
14
20
30
40
60
80
100
140
200
300
400
500
28 Capítulo 2 Diagrama de Mollier
29
30
Capítulo 2 Diagrama de Mollier
31
C A P I T U L O
3
Compresor
Introducción Es el corazón de la instalación. Su función, dentro del sistema de refrigeración, consiste en aspirar el fluido refrigerante a baja presión y temperatura, comprimirlo y descargarlo a una presión y temperatura tales que se pueda condensar. Los tipos de compresores más empleados en la refrigeración son: Alternativos De tornillo o helicoidales Rotativos Centrífugos Los tres primeros son de desplazamiento positivo, es decir, en ellos el fluido refrigerante se somete a una compresión mecánica por medio de un elemento compresor que realiza la reducción volumétrica. Los compresores centrífugos son de desplazamiento cinético, ya que realizan la compresión mediante la fuerza centrífuga que se ejerce sobre el fluido refrigerante por la rotación de un rodete que gira a gran velocidad.
33
34
3.1
Capítulo 3 Compresor
ESTUDIO DE LOS COMPRESORES ALTERNATIVOS
Pueden ser de simple efecto o de doble efecto, según se realice la compresión del fluido en un solo lado del pistón o en ambos lados. El más utilizado, y que a continuación estudiaremos, es el de simple efecto.
3.1.1
Elementos del compresor
Bloque El bloque (Fig. 3.1) aglutina y soporta todos los elementos del compresor, tanto fijos como móviles. La parte superior es la culata y la inferior, por su interior, el cárter.
Figura 3.1 Bloque de un compresor.
Cárter Es el espacio interior comprendido entre el eje cigüeñal y el fondo del bloque, destinado a almacenar el aceite de lubricación. Cilindro Espacio donde va alojado el pistón. En su interior, éste se desplaza en movimiento rectilíneo alternativo. En compresores de mediana y gran potencia lleva camisa (Fig. 3.2), que es una pieza cilíndrica de acero que lo reviste, y que en casos de desgaste se puede rectificar, o sustituir si procede. En este caso, el pistón se mueve en el interior de la camisa.
Figura 3.2 Camisa.
3.1
Estudio de los compresores alternativos
35
Pistón o émbolo Elemento que, desplazándose en el interior del cilindro, provoca la aspiración, compresión y descarga del fluido refrigerante. Lleva alojados los aros o segmentos, que pueden ser: Aros de engrase: Permiten la lubricación de los cilindros y, en su movimiento, arrastran el aceite al cárter. Aros de compresión: Impiden que el fluido refrigerante escape por los espacios entre el pistón y el cilindro, hacia la parte inferior (cárter). Esto se aprecia mejor durante la compresión, ya que si hay fugas no se alcanzan las altas presiones necesarias. Biela La biela (Fig. 3.3) es el elemento que une el pistón con el eje cigüeñal. Transforma el movimiento circular del eje cigüeñal en rectilíneo alternativo del pistón. Por ello son resistentes y ligeras. La parte superior, llamada pie de biela, se une al pistón por medio del bulón, que es un pasador. Para evitar el desplazamiento lateral de éste, en ambos extremos lleva unas arandelas especiales. La parte inferior de la biela, llamada cabeza de biela, se une al eje cigüeñal. La biela puede ser de dos tipos, según se conecte al eje cigüeñal o a una excéntrica.
Figura 3.3 Conjunto biela-pistón y aros.
36
Capítulo 3 Compresor
Eje cigüeñal La disposición y forma dependen del número de cilindros (Fig. 3.4). Está formado por un número determinado de manivelas, que tienen en sus respectivos lados opuestos unos contrapesos de equilibrado. La manivela es la parte que se conecta a la biela. Los extremos del eje, llamados cuellos o muñequillas, son los soportes que se apoyan sobre la bancada del compresor. El extremo del eje que tiene el chavetero es el que se conecta al motor eléctrico para su accionamiento. El otro extremo acciona la bomba de lubricación.
Manivela
Chavetero Contrapeso Figura 3.4 Eje cigüeñal de dos cilindros.
Eje de excéntrica Se emplea en compresores de pequeña potencia (Fig. 3.5). Actúa de forma excéntrica, de ahí el nombre, sobre su eje de giro. En la excéntrica se monta la biela. El extremo del eje que tiene el chavetero se conecta al motor eléctrico.
Excéntrica
Chavetero
Figura 3.5 Eje de excéntrica de dos cilindros.
3.1
Estudio de los compresores alternativos
37
Culata Cierra el cilindro por la parte superior. Es la “tapa” del cilindro. En ella se alojan las válvulas de aspiración y descarga. Como está sometida a altas temperaturas, puede ser refrigerada por aire o por agua (Fig. 3.6).
Culata refrigerada por agua
Culata refrigerada por aire
Plato de válvulas
Figura 3.6 Culata refrigerada por agua. Culata refrigerada por aire con sus juntas y plato de válvulas.
Válvulas de aspiración y descarga Se encargan de comunicar el interior del cilindro con los conductos de aspiración y descarga. Su apertura y cierre se producen por la diferencia de presiones entre la del interior del cilindro y la de los conductos respectivos del fluido. Los tipos más empleados son de disco o laminillas, pero todas deben ser: Perfectamente estancas. Muy resistentes, ya que están sometidas a fuertes variaciones de presión y temperatura.
A
B Figura 3.7 Plato de válvulas de un compresor alternativo.
38
Capítulo 3 Compresor
Por lo general son de acero inoxidable, y para grandes potencias, disponen de resortes para su accionamiento. En la figura 3.7A se ve el plato de válvulas (vista superior) de un compresor abierto y alternativo de dos cilindros, en el que se aprecian las válvulas de descarga. En la figura 3.7B se ve mismo plato de válvulas (vista inferior), con la junta de culata y las válvulas de aspiración. Válvulas de seguridad internas Independientemente de los sistemas de seguridad que puedan tener las instalaciones, los compresores llevan incorporadas válvulas de seguridad internas que ponen en comunicación la descarga del compresor con la aspiración en caso de presiones muy altas
3.1.2
TERMINOLOGÍA (FIG. 3.8)
PMA o PMS Punto muerto alto o punto muerto superior. Es el punto más alto al que llega el pistón en su carrera ascendente. Es el punto en el cual el pistón está más próximo a la culata. PMB o PMI Punto muerto bajo o punto muerto inferior. El punto más bajo al que llega el pistón en su carrera descendente. Es la posición en la cual el pistón está más alejado de la culata. Carrera Distancia entre el PMA y el PMB. Corresponde a un ángulo de giro, de 180º del cigüeñal.
Aspiración
Descarga Ve PMA
Vp
PMB Figura 3.8 Terminología de un cilindro en un compresor alternativo.
3.1
Estudio de los compresores alternativos
39
Espacio neutro (Ve) Es el comprendido entre el pistón cuando se encuentra en el PMA y la culata. También conocido como “espacio muerto”. Tiene gran importancia en el rendimiento del compresor y está determinado para evitar que el pistón, en su carrera ascendente, llegue a chocar con la culata, incluyendo las dilataciones que sufren los materiales, ya que están sometidos a altas temperaturas. Debe ser el mínimo necesario, pues tiene gran repercusión en el rendimiento volumétrico. Aspiración Se produce en la carrera descendente del pistón. Es la admisión del fluido en el interior del cilindro. Compresión Se produce en la carrera ascendente del pistón e inmediatamente después se realiza la descarga. Descarga Impulsión del fluido refrigerante al conducto de descarga. Volumen desplazado por el pistón (Vd) El comprendido entre el PMB y el PMA que desplaza el pistón en la carrera. Volumen total del cilindro (Vt) El comprendido entre el pistón cuando se encuentra en el PMB y la culata. Vt = Ve + Vd. Potencia indicada Se obtiene mediante el indicador (de ahí su nombre) de Watt, que es un aparato que se coloca en la culata del compresor, traza un diagrama y en él se obtiene la potencia que se genera en el interior del cilindro. Potencia efectiva Es la potencia que se debe suministrar con el motor eléctrico para que el compresor trabaje en las condiciones previstas. Es decir, es la potencia medida en el eje del compresor. Pero a partir de este punto se produce una disminución de la potencia ya que una parte de la misma se pierde en vencer los rozamientos de cojinetes, bielas, pistones, etc. Por ello, la potencia efectiva siempre será superior a la potencia indicada. Pe > Pi La potencia efectiva es la potencia de accionamiento.
40
Capítulo 3 Compresor
Rendimiento mecánico Es el valor que contempla las pérdidas de origen mecánico u orgánico anteriormente mencionadas. Por lo tanto, es la relación entre ambas potencias: ρm = Potencia indicada/Potencia efectiva
3.1.3
Funcionamiento
Para facilitar su comprensión (Fig. 3.9) vamos a ver como se producen los movimientos de aper- Aspiración tura y cierre de las válvulas de aspiración y descarga, con relación al movimiento del pistón. a. En la carrera descendente: Cuando el pistón inicia la carrera descendente, hacia el PMB, crea en el interior del cilindro una depresión que implica, que en su interior la presión sea inferior a la existente en la parte superior de la válvula, es decir en el conducto de aspiración, con lo que la válvula de aspiración se abre (“baja”) y el fluido refrigerante entra en el cilindro. El fluido entrará en el cilindro hasta que se igualen las dos presiones, y en teoría debería ser Figura 3.9 Carrera descendente: en cantidad igual a la correspondiente al volu- aspiración del fluido. men del cilindro, pero realmente y tal como estudiaremos más adelante, hay unos factores que impiden que entre esa cantidad. La válvula de descarga permanece cerrada, por la alta presión existente en el conducto de descarga mientras el pistón se va acercando al PMB y la válvula de aspiración continúa abierta. Así, cuando el pistón llega al PMB, la válvula de aspiración está abierta y la de descarga cerrada. El cigüeñal ha girado 180º. b. En la carrera ascendente: Cuando el pistón rebasa el PMB se inicia la carrera ascendente, y la válvula de aspiración se cierra, porque la presión en el interior del cilindro es superior a la existente en el conducto de aspiración. Con las dos válvulas cerradas se inicia la compresión del fluido (Fig. 3.10A), y se produce: Una disminución del volumen. Un aumento de presión y temperatura, hasta que la primera alcanza un valor tal que hace que se abra (levante) la válvula de descarga.
3.1
Estudio de los compresores alternativos
41
En la figura 3.10 B se puede apreciar que poco antes de que el pistón llegue al PMA, la válvula de descarga abre ("hacia fuera"), porque la presión en el interior del cilindro, en la carrera ascedente, es superior a la del condcto de descarga y "levanta" la válvula. El fluido es impulsado hacia el condensador. El cigüeñal ha girado 180º, con lo que en las dos carreras consecutivas giró 360º, es decir una vuelta. Una vez rebasado el PMA, y con la válvula de descarga cerrada, se reinicia el ciclo.
Descarga
A
B
Figura 3.10 Carrrera ascendente: A. Compresión. B. Descarga.
Nota Algunos tipos de válvulas llevan resortes de regulación, para que la presión necesaria en el interior del cilindro para abrirlas sea superior a la suma de la presión debida al resorte más la presión del conducto de descarga.
3.1.4
Lubricación
Es uno de los aspectos más importantes del compresor y por tanto de la instalación. El tipo de lubricación empleado es el forzado, mediante una bomba que acciona el propio compresor. Anteriormente hemos comentado que a través de los aros de engrase, el aceite sale impulsado hacia las camisas. Esta es una de las partes que reciben aceite dentro del sistema de lubricación, pues en el compresor existen otras en movimiento que también necesitan ser lubricadas, tales como cigüeñal, cojinetes de bancada, cojinetes de biela y prensas principalmente. Un ejemplo característico de este tipo de circuitos es el representado en la figura 3.11.
42
Capítulo 3 Compresor
7
6 5 4
9
12 10
3 8
11
1
Cárter
2
Figura 3.11 Circuito de lubricación.
El extremo (11) del cigüeñal recibe el movimiento del motor eléctrico; el otro extremo lleva conectada la bomba de aceite (3), que suele ser del tipo de engranajes. La bomba aspira el aceite del cárter a través de un filtro (1) pasa por el enfriador (2), y lo descarga al filtro (4) con derivación a los siguientes elementos: a. A los conductos interiores del cigüeñal para bañar cojinetes de bancada, cojinetes de biela, biela, pistón, y ser impulsado a través de los aros de engrase hacia las camisas (por este orden). Llega también al prensaestopas (10). b. A los dispositivos de regulación de capacidad por electroválvulas (7). El aceite retorna al cárter y es aspirado nuevamente por la bomba. El aceite no solamente lubrica los elementos, sino que también los refrigera. Por lo tanto su temperatura aumenta; de ahí que se haya colocado el enfriador (2) para que el aceite mantenga su temperatura adecuada. No todos los compresores disponen del enfriador de aceite, ya que depende del tipo, potencia y características de funcionamiento que tengan. El elemento (6) representa el presostato diferencial de aceite, con sus conexiones a la aspiración y descarga de la bomba. Su funcionamiento ya se ha expuesto en el epígrafe 1.3.4. El manómetro (5) indica la presión de descarga, que también suele instalarse en la aspiración.
3.1
3.1.4.1
Estudio de los compresores alternativos
Bomba de engranajes
La figura 3.12 representa esquemáticamente una bomba de lubricación del tipo de engranajes: Es una envolvente metálica, que tiene los orificios de aspiración y descarga, y en su interior se alojan dos piñones o engranajes. Uno, llamado engranaje conductor (A), recibe el movimiento directamente del eje cigüeñal y, por contacto, lo transmite al piñón (B), engranaje conducido, girando en sentido contrario. Al ponerse en marcha el compresor, el eje cigüeñal acciona los piñones, el aceite es aspirado por el vacío creado en la entrada, y comprimido entre los piñones y la envolvente, es trasladado a la descarga que se efectúa por el lado opuesto.
3.1.5
43
A
B
Figura 3.12 Esquema de bomba de engranajes.
Valores fundamentales
Tanto para operaciones de cálculo, como para comprobaciones de funcionamiento, son muy importantes los valores respectivos de relación de compresión (Rc) y de rendimiento volumétrico (Rv). 1. Relación de compresión (Rc) Presión de descarga absoluta Rc = -----------------------------------------------------------------------Presión de aspiración absoluta Presión absoluta = Presión manométrica + Presión atmosférica 2. Rendimiento volumétrico (Rv) Se puede expresar de varias maneras, pero una de ellas a efectos prácticos es: Volumen de vapor que realmente aspira Rv = ------------------------------------------------------------------------------------------------ × 100 Volumen teórico que tendría que aspirar Cuanto mayor sea la relación de compresión, menor será el rendimiento volumétrico. Y cuanto menor sea la relación de compresión, mayor será el rendimiento volumétrico. Por lo tanto el Rv varía en sentido inverso a la Rc. Su valor depende de factores tales como el espacio neutro y la densidad del fluido en el interior del cilindro. De hecho es un dato que nos da el fabricante, aunque si no disponemos de su valor, se puede calcular tal como veremos en este capítulo.
44
Capítulo 3 Compresor
3. Volumen desplazado El volumen de fluido que en teoría tiene que aspirar es el volumen desplazado por el pistón en su carrera. Como sabemos, el volumen de un cilindro es el producto del área por la altura: V=S×h S = π · r2 = π (D/2)2 = π · D2/4 y la altura (h) es la distancia entre el PMA y el PMB, o sea es la carrera: πD 2 V = ----------C 4 que es el volumen que desplaza el pistón en una revolución. Si gira el cigüeñal a n revoluciones por minuto y tiene N cilindros, el volumen desplazado será: π ⋅ D2 ⋅ C ⋅ n ⋅ N Vd = --------------------------------------- ( dm 3 /min ) 4 Siendo: D = Diámetro del pistón (dm) C = Carrera (dm) n = Número de r.p.m. N = Número de cilindros. o lo que es lo mismo: π ⋅ D 2 ⋅ C ⋅ n ⋅ N ⋅ 60 ⋅ 10 –3 Vd = ----------------------------------------------------------------- ( m 3 /h ) 4
Ejemplo de aplicación: Consideremos un compresor cuyo rendimiento volumétrico sea 0,83 (es decir, 83%). Si el volumen desplazado por el pistón es 34 m3/h, calculemos el volumen que realmente aspira. Aplicando la fórmula, tenemos que Volumen de vapor que realmente aspira 0,83 = ----------------------------------------------------------------------------------------------34 m 3 /h Luego: Vol. de vapor que realmente aspira = 0,83 × 34 m3/h = 28,22 m3/h.
3.1.6
Despiece de un compresor alternativo
Como conclusión, y para facilitar el entendimiento de la relación entre los elementos de un compresor en la figura 3.13 se representa el despiece de un com– presor alternativo de dos cilindros, donde se indican los elementos más significativos.
3.1
Estudio de los compresores alternativos
Figura 3.13 Despiece de un compresor alternativo.
45
46
3.2
Capítulo 3 Compresor
COMPRESORES HERMÉTICOS
3.2.1
Introducción
Su ámbito de aplicación comprende los sistemas de refrigeración y aire acondicionado. El motor eléctrico va acoplado directamente al compresor, y ambos dentro de una misma envolvente de acero formando una unidad. Al ser herméticos (cerrados) no podemos acceder a ellos, como por ejemplo, para realizar operaciones de mantenimiento. También pueden ser de tipo rotativo o de tornillo. En su configuración exterior (Fig. 3.14), lleva tres tubos soldados a la carcasa. Dos son del mismo diámetro y el tercero menor. El de menor diámetro se conectará a la descarga y la aspiración a cualquiera de los otros dos. Por lo general, se hace al tubo que está al lado contrario de la placa de conexionado eléctrico, para evitar que las condensaciones que se puedan producir en el exterior del mismo, lleguen a introducirse en la placa. De esta manera el otro tubo, que no se conecta al circuito, se puede utilizar para que, después de instalar una conexión obús o una válvula de intervención, se aproveche para realizar operaciones tales como: Meter carga refrigerante Comprobar la presión de aspiración Comprobar la temperatura de evaporación Meter aceite.
Figura 3.14 Compresor hermético.
3.2
3.2.2
Compresores herméticos
47
Características del funcionamiento
La figura 3.15 corresponde a un compresor hermético alternativo de un cilindro, en el que hay que destacar: El conjunto motor-compresor, va montado en la carcasa mediante tres resortes que amortiguan las cargas con independencia de los cuatro amortiguadores de caucho que lleva el compresor en su base exterior. El fluido refrigerante al entrar en el interior de la carcasa, va llenando el espacio, por lo que está en contacto con el motor eléctrico y con el compresor, que de esta manera los refrigera.
Figura 3.15 Vista superior de un compresor hermético.
La aspiración del fluido refrigerante se realiza a través de las cámaras silenciadoras (las dos cir– culares de la izquierda). El fluido refrigerante, en la descarga, atraviesa dos cámaras silenciadoras (una de ellas no tiene la tapa, para distinguirlas). Cuando la presión de descarga es demasiado alta, es transmitida al compresor y a su vez “absorbida” por los tres resortes, lo que evita ruidos por vibraciones.
Figura 3.16 A. Tapa de cámara silenciadora. B. Culata. C. Placa de válvulas.
48
Capítulo 3 Compresor
Las válvulas de aspiración y descarga, van montadas en el plato de válvulas: En la figura 3.16 se representan la culata, una tapa de cámara silenciadora y la placa de válvulas, en la que destaca la válvula de descarga.
3.2.3
Conclusiones
1. Son silenciosos por: Los resortes interiores Las cámaras silenciadoras que amortiguan el golpeteo de las válvulas Carecer de transmisiones exteriores como por ejemplo, correas. 2. Están refrigerados por el fluido de aspiración; pero esto implica otra lectura ya que: La falta de fluido afectaría a la refrigeración del compresor Hay que evitar la humedad en el circuito y la entrada de líquido al compresor, porque estarían en contacto con la parte eléctrica. 3. El trabajar a temperaturas inferiores a las normales, implicaría el aumento del volumen específico, que afectaría, entre otras cosas a la refrigeración.
3.2.4
Dispositivos de seguridad
Evidentemente, no podemos pasar por alto el hecho de que llevan sus protecciones (térmico, klixon) que actuarían en caso de que la refrigeración fuese defectuosa e impedirían que se alcanzaran temperaturas demasiado elevadas. Si actuaran pararían el compresor. Por ello es importante recordar que los fabricantes los dividen en compresores de baja, media y alta presión, según las distintas aplicaciones. El poder acceder a ellos para realizar operaciones de mantenimiento, se solventa en los denominados compresores semiherméticos.
3.2.5
Conceptos eléctricos fundamentales de los compresores herméticos
Tal como hemos comentado anteriormente, estos compresores, al ser herméticos, no permiten el acceso a su interior para realizar operaciones de mantenimiento; pero muchas de las averías que se producen son por motivos eléctricos y éstas sí que se solucionan en la misma instalación. Dada la gran aplicación de estos compresores, merecen algunos comentarios genéricos para conocer las características que facilitan su manipulación. En el caso de pequeñas potencias son motores monofásicos, lo que quiere decir que se pueden alimentar a través de una toma de corriente normal, por ejemplo
3.2
Compresores herméticos
49
como cualquier electrodoméstico; por otra parte, no se ponen en marcha automáticamente, es decir, necesitan de un dispositivo de arranque. En su estator tienen un solo arrollamiento, lo que los diferencia de los trifásicos, que tienen tres a 120º.
3.2.5.1
Identificación de los bornes En la placa de bornes se encuentran los terminales de los arrollamientos y para identificarlos se procede de la siguiente manera: Con el ohmímetro se miden las resistencias entre cada borne y los otros dos. Si estos están en buen estado, se obtendrán tres valores distintos: El más pequeño corresponde a la resistencia del arrollamiento de marcha El de valor medio corresponde a la resistencia del arrollamiento de arranque El de mayor valor es la suma de los dos anteriores. Con estos resultados, se puede saber cuales son los bornes (Figs. 3.17 y 3.18): C es el punto común de conexión (del inglés “Common”) R es el punto de conexión de marcha (“Run”) S es el punto de conexión de arranque (“Start”) Los valores deben coincidir con los estipulados por el fabricante. Pero podría ocurrir que: Si se obtuviera un valor infinito entre los bornes de uno de los arrollamientos, significaría que está interrumpido, y habría que cambiar el compresor.
Para saber si los arrollamientos están aislados de tierra se procede de la siguiente manera: 1. Se aplica el ohmímetro entre uno de los bornes y la envolvente (carcasa) del compresor. 2. Si el resultado es de valor infinito, quiere decir que los arrollamientos están aislados de tierra.
C
Start
C
Run
Ohmímetro S
Start
Run
Ohmímetro R
Figura 3.17 Medición de la resistencia del arrollamiento de marcha.
S
R
Figura 3.18 Medición de la resistencia del arrollamiento de arranque.
50
Capítulo 3 Compresor
3. En caso contrario, quiere decir que están conectados a masa y hay que cambiar el compresor.
3.2.5.2
Circuitos de arranque Los circuitos de arranque varían según las características de cada compresor, pues son determinadas por los fabricantes. Son varios los sistemas de arranque, por ello es muy importante seguir las instrucciones técnicas, tanto en el montaje como en operaciones posteriores de mantenimiento. A continuación realizaremos una aplicación del manejo e interpretación de una documentación técnica. La siguiente tabla corresponde a las características técnicas de dos compresores herméticos.
Modelo
Fluido
Cilindrada cm3
Carga de aceite
Tipo de motor
Intensidad nominal
Intensidad de arranque
Watts. absorbidos
Dispositivo de expansión
Tensión
Tabla 3.1 Características de dos compresores herméticos
ABR50
134a
7
550
RSIR
1,3
11
170
Capilar
220 V
BJD30
22
9
670
RSIR
1,9
18
190
Capilar
220 V
Siguiendo la documentación técnica del fabricante, el compresor ABR50 tiene un motor cuyo sistema de arranque es RSIR (del inglés “Resistance Start Induction Run”), cuyo esquema es el representado en la siguiente figura 3.19. En la que se destacan los siguientes componentes: Bornes de los arrollamientos (C, R, S) 1 protector externo 1 relé de corriente 1 termostato L, N: Línea monofásica, 220 V con Fase y Neutro. 1 Conexión a tierra M: Motor eléctrico del ventilador, monofásico 220 V.
C S
R
Protector
1
L N
2
M
1
Figura 3.19 Sistema de arranque RSIR.
3.2
Compresores herméticos
51
Este sistema de arranque se caracteriza porque utiliza un relé de corriente. El arrollamiento de arranque tiene una resistencia elevada y queda conectado temporalmente en paralelo con el arrollamiento de marcha. Para acoplarlo o desacoplarlo se utiliza el relé, conectado en serie con el arrollamiento de marcha. Es un sistema muy utilizado con compresores que trabajan con tubos capilares. En la figura 3.20 se representa la disposición de los elementos en un compresor hermético El dispositivo de protección puede ser de dos tipos: De corriente, que actúa por sobreintensidad Termostático, que actúa por temperatura El protector que se ve en la figura 3.20 es exterior, y actúa por sobreintensidad.
Figura 3.20 Componentes eléctricos de un compresor hermético.
El condensador de marcha es un elemento que está conectado de forma permanente, constituido por dos cintas conductoras arrolladas sobre sí mismas y separadas por otra cinta aislante. El extremo del condensador conectado a la cinta exterior, que por lo general está indicada con un punto de color rojo, se conectará siempre al terminal R (de marcha).
52
3.3
Capítulo 3 Compresor
COMPRESORES SEMIHERMÉTICOS
3.3.1
Introducción
Estos compresores (Fig. 3.21), en su funcionamiento, tienen las mismas ventajas e inconvenientes que los anteriores, pero con la diferencia de uno a otro que son accesibles, es decir, por ejemplo que los alternativos se pueden desmontar para realizar operaciones de mantenimiento tales como cambiar pistones o aros. La entrada del fluido refrigerante (aspiración), puede realizarse por la culata del compresor o bien por la parte del motor eléctrico, como en el representado en la figura 3.22. Los compresores semiherméticos pueden ser enfriados externamente por aire o por agua. Como en el caso de los herméticos, se dividen en compresores de alta, media y baja presión según sus aplicaciones.
Figura 3.21 Compresor semihermético alternativo, de dos cilindros.
3.3.2
Figura 3.22 Compresor semihermético con aspiración de fluido refrigerante por la parte del motor.
Ácidos
Es importante comentar que en los compresores, ya sean herméticos o semiherméticos, una de las averías más importantes es la contaminación del circuito por ácidos, puesto que se refrigeran por los vapores de aspiración. La presencia de ácidos se produce por cortocircuitos, como por ejemplo, al contacto directo entre rotor y estator, ya que se alcanza una temperatura muy elevada en el interior del
3.3
Compresores semiherméticos
53
motor, que al estar en contacto directo con el fluido refrigerante, produce en éste una reacción que ataca a los devanados del estator. Las causas pueden ser varias, pero se podrían englobar en mantenimiento inadecuado, sobrecargas del motor y elevadas temperaturas de trabajo. Su origen puede ser de tipo eléctrico o mecánico, entre las que podemos citar: Desequilibrio de las fases de alimentación Fallos de los elementos de protección Mal estado de los contactores Bajo nivel de aceite en el cárter Mal retorno de aceite Lubricación defectuosa Recalentamiento muy alto Excesivas presiones y temperaturas de descarga. Si se cambia un compresor por otro en un sistema contaminado por ácidos y antes no se eliminan éstos, atacarán a los aislamientos de los bobinados, con lo cual la duración del nuevo compresor será muy corta. Antes hay que eliminar los ácidos, realizando el “lavado del circuito”. 1 En este tipo de instalaciones, sería interesante disponer de un comprobador de ácido (“acid-test”). De manera orientativa, diremos que cuando este problema ocurre en compresores de potencia: Menor que 1 CV, interesa efectuar el cambio del mismo. Entre 1 y 5 CV, se recomienda estudiar la magnitud de la avería y el coste de su reparación. Superior a 5 CV, siempre interesa su reparación. Estos compresores herméticos tienen gran aceptación en el mercado por su elevado rendimiento respecto a su tamaño comparados con los abiertos. El problema de los ácidos no se produce en los compresores abiertos porque en éstos el motor eléctrico y el compresor están separados.
3.3.3
Filtro de aspiración
Es muy importante recordar que estos compresores llevan alojados en su interior, en la conexión con la válvula de servicio de aspiración, un filtro de malla muy fina (Fig. 3.13), que hay que tener en cuenta para evitar su obstrucción, pues produciría caídas de presión de aspiración. 1. Ver capítulo 8 “Manejo de las instalaciones”
54
3.4
Capítulo 3 Compresor
COMPRESORES ABIERTOS
3.4.1
Introducción
Se llaman abiertos porque el motor eléctrico y el compresor están separados. Por lo tanto, el fluido refrigerante ya no está en contacto con la parte eléctrica, como ocurre en los compresores herméticos y semiherméticos. Al estar separados, las posibles averías también se solucionan independientemente. En el compresor, un extremo del cigüeñal “sale” al exterior para ser conectado y accionado por el motor eléctrico, por lo que necesita un sistema de estanqueidad, o sello en ese punto saliente para evitar las fugas del fluido refrigerante al exterior. Este acoplamiento motor-compresor se puede realizar de dos maneras: a. Por correas (Fig 3.23), mediante dos poleas que van acopladas a sendos ejes del motor y compresor, respectivamente. Con lo que se puede adaptar a variaciones de potencias frigoríficas, cambiando dichas poleas, ya que entre los diámetros (∅) de las poleas y las revoluciones (n) existe la siguiente relación: ∅ c /n m = ∅ m /n c
Figura 3.23 Compresor alternativo, abierto y de transmisión por poleas.
3.4
Compresores abiertos
55
siendo: ∅c = diámetro polea compresor nm = rpm del motor ∅m = diámetro polea del motor nc = rpm del compresor.
Ejemplo de aplicación: Se trata de un motor eléctrico que gira a 1450 rpm con polea de transmisión acoplada de 130 mm de diámetro (Fig. 3.24). ¿A qué velocidad girará el compresor, si tiene una polea de 200 mm de diámetro? Aplicando la fórmula anterior:
Polea
200 mm/1450 rpm = 130 mm/nc nc = 1450 × 130/200 = 942 rpm
Polea
Motor Compresor eléctrico Figura 3.24
Si en este ejemplo la polea del motor fuese de 150 mm de diámetro, en lugar de los 130 mm, entonces la velocidad de giro del compresor sería: nc = 1450 × 150/200 = 1087 rpm con lo cual, la potencia frigorífica también aumentaría, ya que ésta es directamente proporcional a la velocidad de giro.
b. Por acoplamiento directo (Fig. 3.25) con dos platos metálicos unidos elásticamente.
Figura 3.25 Compresor alternativo abierto y transmisión por acoplamiento directo.
56
Capítulo 3 Compresor
3.4.2
Características de funcionamiento
En estos compresores abiertos se considera buena relación de compresión (Rc) si no excede de 10:1, ya que cuanto menor sea, mayor será el rendimiento volumétrico (Rv) y, por lo tanto, mayor será la potencia frigorífica. Si el compresor tuviera que trabajar con una Rc elevada (de valor 8), como sucede, por ejemplo, cuando se trata de instalaciones que necesiten temperaturas muy bajas para enfriar y las de condensación sean normales, entonces no se podría utilizar uno de simple etapa, porque entre otras cosas, las altas temperaturas afectarían: A los materiales (dilataciones) A la lubricación, pues entre otros parámetros, perjudicaría la viscosidad del aceite A las temperaturas de descarga, porque serían muy altas Y a los rendimientos, que disminuirían. Para solucionar estos inconvenientes tendríamos que recurrir a los compresores de doble etapa (sistema compound), que también se hace extensivo a los semiherméticos.
3.4.3
Compresores de doble etapa
Los compresores de doble etapa (Fig. 3.26) reparten la elevada relación de presiones y disminuyen el alto recalentamiento. Cada sección del compresor trabaja
Figura 3.26 Compresor semihermético, doble etapa.
3.4
Compresores abiertos
57
a menos presión y también a menor temperatura de descarga, lo que implica un mejor aprovechamiento volumétrico. Para ello emplean un sistema de enfriamiento en la etapa intermedia, que se puede realizar de varias maneras, como se ve perfectamente en los siguientes esquemas aplicados a:
3.4.3.1
Un compresor semihermético
1. El compresor (Fig. 3.27) aspira el fluido refrigerante del evaporador y entra, a través del filtro, en los cilindros de baja presión, donde una vez comprimido lo descargan a los cilindros de alta presión. 2. Antes de entrar en éstos se mezcla con el fluido refrigerante expansionado por la válvula, cuyo bulbo está colocado en la tubería de presión conocida como “intermedia”, y que actúa sobre el subenfriador, disminuyendo la temperatura del fluido en la aspiración y, por lo tanto en la descarga de los cilindros de alta presión. 3. Por otra parte, el fluido expansionado en el subenfriador disminuye la temperatura del líquido refrigerante antes de entrar en el evaporador.
Acumulador de aspiración Evaporador Válvula de expansión (evaporador) Condensador Separador de aceite
Cilindros de alta presión
Subenfriador de líquido
Filtro de línea de aspiración
Cilindros de Compresor baja presión
Válvula de expansión termostática
Figura 3.27 Instalación con un compresor semihermético de dos etapas.
58
Capítulo 3 Compresor
4. Este subenfriamiento del líquido hace que aumente el rendimiento frigorífico.2 Para determinar el valor de esa presión “intermedia”, hacemos uso de la siguiente fórmula: P int =
P desc × P asp
Siendo Pasp y Pdesc las presiones de aspiración y de descarga, respectivamente, en valores absolutos. En este sistema de enfriamiento del vapor de aspiración, hay que distinguir entre: Inyección parcial: cuando solamente se enfría el vapor de aspiración (que entra en los cilindros de alta presión) e Inyección total: cuando además del vapor de aspiración se enfría, el líquido que alimenta el evaporador, realizando por lo tanto un subenfriamiento del líquido. El esquema anterior (Fig. 3.27) es representativo de este último sistema, que se realiza mediante el subenfriador de líquido.
3.4.3.2
Un compresor abierto de dos etapas
En la figura 3.28 se representa su funcionamiento. El proceso se realiza de la siguiente manera: 1. La válvula de expansión, cuyo bulbo está colocado en la tubería de descarga del compresor (cilindros de alta presión), inyecta el fluido expansionado en la tubería de presión intermedia.
Bulbo de la válvula de expansión Visor de líquido Línea de descarga DL Válvula solenoide de líquido
Válvula de expansión termostática Conexión de presión intermedia Tubería de presión intermedia Acoplamiento al motor eléctrico
Filtro Línea de aspiración SL
Figura 3.28 Detalle de funcionamiento de un compresor abierto de dos etapas. 2. Ver epígrafe 4.6 “Importancia y efectos del subenfriamiento”.
3.5
Unidades condensadoras
59
2. Este fluido expansionado, se mezcla con el fluido de descarga de los cilindros de baja presión produciendo su enfriamiento. 3. Asimismo, la refrigeración del compresor se produce mediante el fluido aspirado por los cilindros de alta presión (que es el fluido procedente de la descarga de los cilindros de baja presión) y que tal como hemos comentado, es enfriado por la válvula de expansión termostática. Dado que esta válvula enfría solamente los vapores de aspiración, este sistema es de inyección parcial.
3.5
UNIDADES CONDENSADORAS
Cuando el compresor, condensador y recipiente de líquido van montados en una misma bancada formando todos ellos un conjunto, constituyen las llamadas unidades condensadoras. Tal como se puede apreciar en la figura 3.29, esta unidad condensadora está formada por: a. Un compresor semihermético, alternativo y de dos cilindros. b. Las válvulas de servicio de aspiración y descarga. c. Un condensador de aire forzado (dos ventiladores). d. Un recipiente horizontal de líquido. Todo ello montado sobre una bancada.
Figura 3.29 Unidad condensadora.
60
Capítulo 3 Compresor
La conexión a la instalación se realiza mediante la válvula de servicio de aspiración, al circuito de baja presión, es decir a la salida del evaporador. Y la conexión de salida del recipiente de líquido se conecta al lado de alta presión: filtro deshidratador, visor de líquido, etc. Las unidades condensadoras llevan los mismos elementos, pero no tienen que ser de las mismas características, es decir el compresor puede ser también hermético o abierto, el recipiente de líquido puede ser vertical, y el condensador puede ser multitubular. Su campo de aplicación abarca desde pequeñas a grandes potencias.
3.6
COMPRESORES ROTATIVOS
Se caracterizan por comprimir el fluido refrigerante mediante el movimiento circular continuo de un rotor, que puede ser de excéntrica o de paletas; de ahí su clasificación.
3.6.1
De excéntrica
Consta (Fig. 3.30) de un rotor excéntrico respecto al cilindro donde se aloja y que en su movimiento llega a establecer contacto con él. Este rotor, por la acción del resorte (2) está permanentemente en contacto con una paleta (3). Esta paleta, tal como se aprecia en la figura, establece la separación entre las cámaras de aspiración y de descarga. En su funcionamiento, la aspiración se realiza de manera continua, y al disminuir el espacio comprendido entre el rotor y el cilindro, se efectúa la compresión del fluido refrigerante y posterior descarga.
3.6.2
Descarga
2
3
Aspiración Figura 3.30 Rotor de excéntrica.
De paletas
Básicamente (Fig. 3.31) consta de un rotor montado en el interior de un cilindro y cuyos centros están ligeramente desplazados. Este rotor aloja unas paletas que están comprimidas contra la pared del cilindro por medio de unos resortes. Al pasar cada paleta por el orificio de la aspiración, se crea una depresión que provoca la entrada del fluido en el espacio comprendido entre esa paleta y la anterior. Posteriormente y dado que el espacio en-
Descarga
Rotor Paleta Aspiración Figura 3.31 Rotor de paletas.
3.7
Compresores helicoidales
61
tre el rotor y el cilindro disminuye, también lo hace el volumen del fluido (compresión) hasta que alcanza el orificio de descarga. Existen compresores cuyos rotores no llevan resortes y las paletas se mantienen comprimidas por la acción de su propio peso y de la fuerza centrífuga.
3.7
COMPRESORES HELICOIDALES
3.7.1
Introducción
Los compresores helicoidales, también conocidos como compresores de husillo o tornillo (Fig. 3.32), son distintos, en su concepción y funcionamiento, de los estudiados en el apartado anterior. En éstos la compresión del fluido refrigerante es continua. Constan (Fig. 3.34) de dos rotores llamados primario y secundario que, montados en ambos extremos sobre cojinetes, aseguran su exacta posición en el interior del compresor. El rotor primario, de cuatro lóbulos o helicoides, es accionado directamente por el motor eléctrico y gira a la misma velocidad que éste. Mediante un sistema de rodamientos, el rotor primario transmite el movimiento al rotor secundario, que tiene seis lóbulos o helicoides y es del mismo diámetro, pero gira a menor velocidad y en sentido contrario.
Figura 3.32 Compresor de tornillo.
62
Capítulo 3 Compresor
Entre los dos rotores existe una separación muy pequeña, es decir, no están en contacto entre sí. Al girar ambos rotores dentro de la cavidad del compresor y debido a esa pequeña separación, se producen las aberturas de espacios en la zona de aspiración que con el giro van disminuyendo, con lo que se traslada y comprime el fluido hacia el otro extremo de los rotores, donde se produce la descarga del fluido refrigerante. Cabe destacar que este tipo de compresor no lleva plato de válvulas y que la regulación de su capacidad varía desde un 10% al 100% de la producción total. En la actualidad, los compresores de tornillo no solamente son compresores abiertos (Fig. 3.33), sino que también los hay herméticos y semiherméticos (Fig. 3.32).
Figura 3.33 Compresor abierto de tornillo. Figura 3.34 Compresor abierto de tornillo, seccionado.
3.7.2
Importancia del aceite
Estos compresores helicoidales llevan unos grandes separadores de aceite. Este es inyectado a lo largo de los husillos para su lubricación y sellado al mismo tiempo, lo que facilita la compresión del fluido. La figura 3.35 representa una aplicación muy utilizada de estos compresores. Como consecuencia de la alta temperatura que alcanza el aceite, a la salida del separador y antes de volver al compresor, suele pasar por un enfriador, que según las características de la instalación, puede utilizar aire, agua, o el mismo fluido refrigerante para el enfriamiento del aceite. Los factores que determinan si es necesario el enfriamiento del aceite son las condiciones de trabajo: Temperatura de condensación Temperatura de evaporación Temperatura de descarga.
3.8
Determinación de la temperatura de descarga
63
Es muy importante controlar la temperatura del aceite, ya que tiene gran repercusión sobre el rendimiento del compresor, por lo que hay que seguir las instrucciones del fabricante al respecto.
Línea de aceite para lubricación y dispositivo de regulación de capacidad
Filtro de aspiración Del evaporador Compresor de tornillo
Filtro de aceite
Circuito del refrigerante Separador de aceite Bomba de aceite Circuito del aceite
Entrada de agua
Enfriador de aceite
Figura 3.35 Circuito de aceite en instalaciones con compresor de tornillo.
3.7.3
Valores de la relación de compresión
Gracias al sistema de lubricación anteriormente comentado, con estos compresores se consiguen unas relaciones de compresiones (Rc) elevadas, es decir, adecuadas para instalaciones que tengan que evaporar muy bajo y condensar a presiones altas. Como dato orientativo, pueden alcanzar valores de Rc que casi triplican los referidos a los alternativos de simple etapa. En los compresores de tornillo la temperatura de descarga suele ser como máximo de 100 ºC. Los compresores de tornillo también se utilizan en sistema compound.
3.8
DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE DESCARGA
La temperatura de descarga la podemos determinar del diagrama o mediante la fórmula:
T2 = T1
⎛P -----2⎞ ⎝ P 1⎠
k–1 -----------k
64
Capítulo 3 Compresor
T1 = Temperatura de aspiración (ºC) T2 = Temperatura de descarga (ºC) P1 = Presión de aspiración (kg/cm2) P2 = Presión de descarga (kg/cm2) k = Relación entre los calores específicos para una presión y volumen constantes. Su valor depende del tipo de fluido refrigerante, por ejemplo, para el R-22 es 1,184.
Ejemplo de aplicación En una instalación, la temperatura de aspiración medida en la entrada del compresor es de –14 ºC, y las presiones de aspiración y descarga son 1,5 kg/cm2 y 10 kg/cm2, respectivamente. Determinar la temperatura de descarga. 1,184 – 1 ----------------------
11 T 2 = ( 273 + ( – 14 ) ) ⎛ -------⎞ 1,184 ⎝ 2,5⎠
T 2 = 259 ( 4,4 ) 0,1554 = 323 ºK = 50 ºC La obtención de la temperatura mediante el diagrama se muestra en la figura 3.36.3
P
11 50 ºC 2,5
h Figura 3.36 Obtención de la temperatura de descarga, por medio del diagrama p-h. 3. Ver capítulo 2 ”Diagrama de Mollier”.
3.9
3.9
Potencia frigorífica
65
POTENCIA FRIGORÍFICA
La potencia frigorífica de una instalación depende de las condiciones de funcionamiento: Presión de aspiración Presión de condensación Caudal de refrigerante Efecto refrigerante de cada kilogramo Estas condiciones pueden ser las referidas a las condiciones de proyecto o bien a unas determinadas de funcionamiento. Para su mejor comprensión realizaremos una aplicación práctica.
Ejemplo del cálculo de la potencia frigorífica Supongamos la instalación de la figura 3.37, de la que calcularemos su potencia frigorífica.
Acumulador de aspiración
Evaporador
Manómetro y presostato de B.P,
Manómetro y presostato A.P. Separador de aceite
Compresor Condensador
Válvula de expansión termostática
Válvula de Visor de Filtro solenoide líquido deshidratador
Válvula de carga Recipiente de líquido
Figura 3.37 Instalación objeto del cálculo.
La instalación está en funcionamiento y tomamos los siguientes datos: Presión de aspiración: 1 kg/cm2 Presión de descarga: 11 kg/cm2 Temperatura del líquido a la entrada de la válvula de expansión: 25 ºC Temperatura de aspiración, medida a la entrada del compresor: –18 ºC Revoluciones del compresor (n): 3000 rpm
66
Capítulo 3 Compresor
Rendimiento volumétrico (Rv): 0,82 Desplazamiento volumétrico (Vd): 2,78 m3/h Fluido refrigerante: R-22 El desarrollo lo haremos en base al ciclo práctico, por lo tanto lo primero que haremos, con los datos conocidos, es representar el ciclo (Fig. 3.38).
P kg/cm2
25 ºC 12
2
30 ºC 30 ºC
3 25 ºC
2
–25 ºC –18 ºC 5
4
18
1 –18 ºC
56 58,5
69,5
Ve = 0,086 m3/kg
h (kcal/kg)
Figura 3.38 Representación del ciclo mediante el diagrama p-h para la realización del cálculo.
Debemos distinguir la potencia frigorífica neta y la potencia frigorífica bruta. De manera práctica, diremos que no toda la potencia que genera el compresor es la que “entra” en el túnel, cámara o local a refrigerar, ya que una pequeña parte se “pierde” fuera del evaporador de la cámara. Por lo tanto, hay que diferenciar entre la potencia que realmente se emplea en el evaporador y la total que genera el compresor. 1. Potencia frigorífica neta (Pn) P n = Vd ⋅ Er n ⋅ Rv ⋅ δ (kcal/h) Vd = Volumen desplazado (m3/h) Ern = Efecto refrigerante neto, que se produce en el evaporador, y cuyo valor es: Ern = Δh (kcal/kg) = (h5 – h4) kcal/kg = (56 – 18) kcal/kg = 38 kcal/kg
3.9
Potencia frigorífica
67
Rv = Rendimiento volumétrico δ = Densidad del fluido aspirado. Es la que corresponde a la temperatura a la entrada del compresor (–18 ºC). Según el diagrama: tª = –18 ºC ⇒ ν e = 0,086 m3/kg ⇒ δ = 1/ νe = 1/0,086 = 11,6 kg/m3 Aplicando estos valores en la fórmula: Pn = 2,78 m3/h · (56 – 18) kcal/kg · 0,82 · 11,6 kg/m3 Pn = 1004 kcal/h 2. Potencia frigorífica bruta (Pb) P b = Vd ⋅ Er b ⋅ Rv ⋅ δ (kcal/h) Vd = Volumen desplazado (m3/h) Erb = Efecto refrigerante bruto. Es decir, el enfriamiento realizado por el fluido refrigerante desde que entra en el evaporador, hasta la misma aspiración del compresor: Erb = Δh (kcal/kg) = (h1 – h4) kcal/kg = (58,5 – 18) kcal/kg = 40,5 kcal/kg Rv = Rendimiento volumétrico δ = Densidad del fluido refrigerante a la entrada del compresor, que evidentemente es la misma que en el caso anterior. Aplicando estos valores en la fórmula: Pb = 2,78 m3/h · (58,5 – 18) kcal/kg · 0,82 · 11,6 kg/m3 Pb = 1070 kcal/h 3. Caudal de refrigerante (Qr)
Potencia frig. bruta (kcal/h) Q r = ---------------------------------------------------------------------------------Efecto refrigerante bruto (kcal/kg)
1070 kcal/h Q r = -----------------------------------------------( 58,5 – 18 ) kcal/lkg Qr = 26,4 kg/ h
68
Capítulo 3 Compresor
4. Capacidad del condensador (Qc) Q c = Δh ⋅ Q r Qc = (h2 – h3) kcal/kg · Qr (kg/h) Qc = (69,5 – 18) kcal/kg · 26,4 kg/h = 1359,6 kcal/h Nota Como se puede ver, el calor disipado en el condensador es la suma de: a.
Calor absorbido por el fluido desde la entrada en el evaporador, hasta la entrada en el compresor. (h1 – h4) · Qr = (58,5 – 18) kcal/kg · 26,4 kg/h = 1069,2 kcal/h
b. Calor generado en el compresor (h2 – h1) · Qr = (69,5 – 58,5) kcal/kg · 26,4 kg/h = 290,4 kcal/h Qc = a + b = 1069,2 kcal/h + 290 kcal/h = 1359,6 kcal/h Dicho de otra manera, el calor disipado por el condensador es la suma de la potencia frigorífica bruta más la potencia del compresor. 5. Potencia del compresor P c = Δh ⋅ Q r Pc = (h2 – h1) kcal/kg · Qr (kg/h) Pc = (69,5 – 58,5) kcal/kg · 26,4 kg/h = 290,4 kcal/h = 0,45 CV (0,33 kW) Esta sería la potencia que en teoría se necesita para mover el tren alternativo. Pero en realidad se debe tener en cuenta que para producir ese movimiento se deben vencer las resistencias debidas a los rozamientos de los pistones (aros), cojinetes, prensaestopas, etc. Asimismo, en esas resistencias deben contemplarse las condiciones ambientales referidas a la temperatura que rodea el compresor que influye en la viscosidad del aceite. Por lo tanto, el motor eléctrico que accionará el compresor deberá tener una potencia superior. De hecho, la potencia reflejada en las placas de características de los motores, “va disminuyendo” hasta el valor de la llamada potencia efectiva del compresor (sobre el eje del compresor), según el valor del rendimiento mecánico (ρm). El valor del ρm suele ser de 0,8 a 0,9. Nota En el caso que no conociéramos el valor del Rv, podríamos recurrir a la siguiente fórmula: R v = 1 – ( 0,03 ⋅ R c )
3.10
Regulación de la potencia
69
Y si tampoco conociéramos el valor del desplazamiento volumétrico (Vd), lo podríamos determinar de la siguiente manera: V d = V c ⋅ n ⋅ N ⋅ 60 ( m 3 /h ) Vc = volumen del cilindro = π D2 C/4 n = rpm N = número de cilindros.
3.10 REGULACIÓN DE LA POTENCIA Si la carga de los evaporadores siempre fuese la misma, se instalaría el compresor para esa determinada carga térmica. Pero como en la mayoría de los casos la carga varía (el ejemplo más notorio lo tenemos en las instalaciones de aire acondicionado), se debe encontrar un punto de equilibrio entre la carga producida por el compresor y la carga necesaria en el evaporador. En pequeñas instalaciones, por ejemplo en los circuitos frigoríficos de las neveras domésticas, el compresor no tiene regulación de potencia, es decir que el compresor, sea cual sea la carga térmica necesaria, siempre da la misma potencia para la que ha sido calculado. Al tratarse de compresores monofásicos y de pequeña potencia, del orden de 1/8 CV, no representa costes importantes. En cambio en instalaciones de mayores potencias, hay que conseguir un equilibrio entre la carga producida y la necesaria, lo cual significa menores consumos, y mantenimientos. Es decir, hay que regular la potencia para las condiciones adecuadas de funcionamiento.
3.10.1 Sistemas de regulación La regulación se puede realizar de varias maneras, por ejemplo actuando sobre el volumen desplazado o bien sobre las revoluciones del motor, ya que la potencia es directamente proporcional a las revoluciones. Entre los distintos sistemas existentes y como ejemplo de aplicación, estudiaremos los más empleados en los compresores helicoidales: a. Instalando entre la parte inferior de los dos rotores y el fondo del cárter un dispositivo deslizante (pistón), que es accionado por la presión del aceite (mediante electroválvulas), y que al desplazarse a lo largo de los rotores, su posición marca el “punto” de inicio de la compresión del fluido y determina así el desplazamiento volumétrico del compresor. b. Mediante controles deslizantes (pistones) instalados en el extremo final de la brida de descarga.
70
Capítulo 3 Compresor
La figura 3.39 representa un compresor semihermético, en vista superior. La entrada del fluido refrigerante es a través de la válvula de aspiración situada en el lado izquierdo, y la descarga (oculta) está en el lado derecho. La regulación de la potencia se realiza mediante las dos electroválvulas y los dos pistones montados en el extremo de la brida de descarga.
Motor eléctrico
Rotor Principal
Control de capacidad (pistón y electroválvula)
Rodamientos de contacto
Válvula de aspiración
Dispositivo Rotor de protección secundario del motor Caja conexión eléctrica
Control de capacidad (pistón y electroválvula)
Figura 3.39 Disposición de los controles de capacidad, en un compresor helicoidal semihermético.
Los dos pistones son accionados hidráulicamente. Mediante una señal eléctrica se abren unos orificios debidamente calibrados, y así una parte del fluido es conducido hacia el lado de la aspiración (en la figura 3.40 se aprecia en detalle la operación). Al disminuir el caudal de fluido descargado, también disminuye la potencia. En este sistema, la regulación de potencia se realiza en dos etapas. Cuando una electroválvula no está activada, se produce una reducción de potencia
Pistón
Electroválvula
Figura 3.40 Detalle del funcionamiento de un control de capacidad.
3.11
Variaciones de las presiones y su repercusión en las potencias
71
Otro sistema muy utilizado consiste en el empleo de un control de velocidad electrónico, que se basa en un convertidor avanzado de frecuencia, combinado con un único motor de alta velocidad.
3.11 VARIACIONES DE LAS PRESIONES Y SU REPERCUSIÓN EN LAS POTENCIAS
Tal como hemos comentado anteriormente, la potencia frigorífica de un compresor depende de las condiciones de trabajo. Por ello vamos a ver, con ejemplos que se nos pueden presentar en las instalaciones, de qué manera repercuten en la potencia las variaciones de las presiones de trabajo. En el diagrama de Mollier podemos apreciar cómo varía la potencia frigorífica según las distintas temperaturas de evaporación y condensación. ¿Qué ocurre cuando la presión de aspiración varía, por ejemplo, que disminuya? Supongamos que la presión de aspiración Pa, disminuye hasta un valor Pa′ (Fig. 3.41). Se comprueba que: 1. Al disminuir la presión de aspiración, el efecto refrigerante (ER′) también disminuye, con lo cual también disminuye la potencia. 2. El volumen específico (Ve′) aumenta, lo que implica que el desplazamiento volumétrico disminuye. También se puede demostrar numéricamente con la relación de compresión (Rc), ya que, en este caso, aumenta y, por tanto, disminuyen el rendimiento volumétrico (Rv) y la potencia frigorífica.
a.
P Pc
Pa
Ve
Pa′
Ve′
ER′
h
ER Figura 3.41 Variación de la presión de aspiración en el diagrama p-h.
72
Capítulo 3 Compresor
Ejemplo de aplicación Como ejemplo ilustrativo de este caso, damos los siguientes valores a las presiones: Presión de condensación Pc: 12 kg/cm2 Presión de aspiración inicial Pa: 2 kg/cm2 Presión de aspiración final Pa´: 1 kg/cm2 Presión de descarga absoluta Recordemos que R c = -----------------------------------------------------------------------Presión de aspiración absoluta Por lo tanto, antes de variar la presión de aspiración, la relación de compresión (Rc) era: ( 12 + 1 ) kg/cm 2 R c = ---------------------------------------- = 4,3 ( 2 + 1 ) kg/cm 2 Al disminuir la presión de aspiración desde Pa hasta Pa′, la relación de compresión será: ( 12 + 1 ) kg/cm 2 R c = ---------------------------------------- = 6,5 ( 1 + 1 ) kg/cm 2 Lo que demuestra que aumenta la relación de compresión y con ello disminuyen el rendimiento volumétrico (Rv) y la producción frigorífica.
b. ¿Qué ocurre con la potencia frigorífica cuando varía la presión de condensación? Supongamos que la presión de condensación Pc disminuye hasta un valor Pc´ (Fig. 3.42).
P Pc Pc′ Ve Pa
ER
h
ER′ Figura 3.42 Variación de la presión de condensación en el diagrama p-h.
3.11
Variaciones de las presiones y su repercusión en las potencias
73
Se demuestra que: 1. El efecto refrigerante (ER′) aumenta, con lo que la potencia frigorífica también aumenta. 2. La relación de compresión (Rc) disminuye, con lo que la potencia frigorífica aumenta.
Ejemplo de aplicación Damos valores a las distintas presiones: Presión de condensación inicial Pc: 12 kg/cm2 Presión de condensación final Pc′: 9 kg/cm2 Presión de aspiración Pa: 2 kg/cm2 Valor de la relación de compresión antes de disminuir la presión de condensación: ( 12 + 1 ) kg/cm 2 R c = ---------------------------------------- = 4,3 ( 2 + 1 ) kg/cm 2 Si la presión de condensación disminuye de Pc hasta Pc′, también varía la relación de compresión: ( 9 + 1 ) kg/cm 2 R c = ------------------------------------- = 3,3 ( 2 + 1 ) kg/cm 2 Con lo cual, al disminuir la relación de compresión, aumentan el rendimiento volumétrico y la potencia.
Nota Los fabricantes facilitan en su documentación técnica unas tablas de rendimientos de los compresores, según los modelos, en las que se reflejan las distintas capacidades de acuerdo con las condiciones de funcionamiento. La tabla 3.3 es un ejemplo de esta información técnica. En ella podemos comprobar, a modo de ejemplo, la capacidad del compresor modelo 4RD: a.
Si trabaja con una temperatura de condensación de 30 ºC y de evaporación de –5 ºC, su capacidad será de 11 800 kcal/h.
b. En cambio, si la temperatura de condensación es de 50 ºC y la de evaporación es de –5 ºC, entonces su capacidad se reduce a 9400 kcal/h. Lo que demuestra lo comentado anteriormente.
74
Capítulo 3 Compresor
Temperatura de condensación (ºC)
Desplazamiento (m3/h)
Tipo de compresor
Tabla 3.2 Capacidad en kcal/h y con gases a t de 25 ºC de aspiración. Sin subenfriamiento
t de evaporación en ºC +10
+5
0
–5
–10
–15 7350 7100 6025
–20
–25
–30
6800 5100 4800 5600 4200 3150 4600 3550 2575
4RD
10
30 40 50
20500 17100 14050 11800 9680 18300 15075 12090 10500 8600 16700 13800 11500 9400 7550
6TF
16
30 40 50
28100 23700 19750 16400 13500 11000 8850 7000 5400 25400 23300 21300 14800 12100 9800 7850 6190 4690 22900 21000 16100 13300 10800 8700 6900 5400 4150
3.12 FUNCIONAMIENTO EN RÉGIMEN SECO Y EN RÉGIMEN HÚMEDO
Tal como hemos comentado anteriormente, los compresores no están trabajando siempre de manera uniforme, es decir, con las mismas presiones o potencias porque los demás elementos inciden sobre su funcionamiento directa o indirectamente. Por ejemplo: obstrucciones en elementos o tuberías, pérdida de fluido refrigerante, apertura o cierre de los dispositivos de expansión, etc., que repercuten en las presiones de trabajo y, por lo tanto, en las potencias. Cabe pues distinguir el funcionamiento de los compresores entre régimen húmedo y régimen seco. De manera práctica vamos a ver las diferencias y repercusiones de cada uno. Se dice que trabaja en régimen húmedo cuando el fluido a la entrada del compresor es una mezcla de gas y líquido. Esto puede ocurrir por diversas causas, tales como: a. Mala regulación del dispositivo de expansión y entra demasiado fluido refrigerante en el evaporador b. Mala circulación del aire a través del evaporador por obstrucción o por caudal insuficiente. Pero en esa mezcla, la cantidad de líquido aún no es lo suficientemente importante para producir el golpe de líquido, ya que se va evaporando debido a las temperaturas más altas que se va encontrando, por ejemplo: a. En la conexión tubería de aspiración-compresor. b. En la culata
3.12
Funcionamiento en régimen seco y en régimen húmedo
75
c. En el pistón d. En la camisa e. Durante la fase de compresión Pero ese líquido que se vaporiza así, tendría que haberlo hecho en el evaporador. En cambio, cuando el fluido a la entrada del compresor es vapor, entonces se trata del régimen seco y, en este caso, el rendimiento es mayor que en el caso anterior. Con ayuda del siguiente diagrama (Fig. 3.43) se aprecian perfectamente las diferencias entre los dos casos: 1-2 Régimen húmedo, a destacar: la calidad de la mezcla en el punto 1, el efecto refrigerante y la temperatura de descarga. 3-4 En este caso, el fluido refrigerante en la aspiración es vapor recalentado (el recalentamiento es muy poco, ya que está muy cerca de la línea de saturación). 5-6 El recalentamiento es considerable, pero observemos el trabajo de compresión y la alta temperatura de descarga.
P 2
1
3
4
6
5
h Figura 3.43 Estudio de las consecuencias de funcionamiento en régimen seco y húmedo, con un diagrama p-h.
C A P I T U L O
4
Condensador 4.1
INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS GENÉRICOS DE SU FUNCIONAMIENTO
Su función es condensar el fluido refrigerante. Recordemos que el fluido refrigerante a la salida del compresor está en estado de vapor recalentado y es así como entra en el condensador. Dado que es un intercambiador de calor, cederá su “calor” al agente condensante, ya sea agua o aire (de ahí su clasificación, como más adelante veremos), produciéndose un enfriamiento del fluido refrigerante hasta llegar a la temperatura de condensación, a la cual se efectuará el cambio de estado. Para que se produzca ese intercambio de calor entre el refrigerante y el agente condensante, el intercambiador deberá ser de material conductor, de superficies metálicas. Para ilustrar lo anteriormente expuesto, consideremos el ciclo estándar, con unas temperaturas de evaporación y condensación de –30 ºC y +35 ºC, respectivamente (Fig. 4.1). El fluido entra en el condensador en estado de vapor recalentado a una temperatura de 80 ºC y a su paso por el mismo, a medida que cede su calor al agente condensante, su temperatura va disminuyendo hasta que llega a los 35 ºC, que es a la que se produce la condensación, la cual se realiza a presión y temperatura constantes. El fluido sale en estado líquido a la temperatura que se condensó. Desde su entrada y durante un cierto tramo de su recorrido por el condensador, la temperatura del fluido disminuye desde los 80 ºC hasta que alcanza los 35 ºC.
77
78
Capítulo 4 Condensador
P 35 ºC
80 ºC –30 ºC
h ER Qc Figura 4.1 Diagrama p-h para el estudio de la condensación.
Este enfriamiento es debido a que pierde el calor sensible (“calor cedido o suministrado a una sustancia para que su temperatura baje o suba respectivamente”). Una vez que el fluido está a 35 ºC (temperatura de condensación), se produce el cambio de estado, o sea la pérdida de calor latente (“cambio de estado a temperatura constante”), y sale del condensador en estado de líquido 100%, tal como se aprecia, a la temperatura que condensó. Vemos que el calor disipado en el condensador es la suma del calor que procede del evaporador más el calor de trabajo del compresor. La temperatura del líquido a la salida del condensador puede ser: a. La temperatura de condensación b. O una temperatura inferior a la de condensación, es decir que salga subenfriado. Este subenfriamiento se puede producir en el mismo condensador y es positivo para el rendimiento de la instalación, o bien, se puede conseguir fuera del condensador, como por ejemplo, mediante el intercambiador de calor.
4.2
CAPACIDAD DE UN CONDENSADOR
La capacidad de un condensador depende de la superficie del material, del tipo de material y de la diferencia de temperaturas entre los dos fluidos. Su valor es: Q = S · k · Δt
4.3
Tipos de condensadores
79
Q = cantidad de calor a disipar por el condensador (kcal/h) S = superficie de transmisión (m2) k = coeficiente de transmisión del material, expresado en kcal/(h)(m 2)(ºC). Es la cantidad de calor que atraviesa la pared por cada m2 de superficie, por cada grado de diferencia de temperatura y hora. Δt = diferencia de temperaturas entre el fluido refrigerante y el agente condensante (ºC). Posteriormente veremos cuáles son sus valores.
4.3
TIPOS DE CONDENSADORES
Se pueden clasificar según que el agente condensante que se emplee sea agua o aire.
4.3.1
Por agua
Debemos destacar los siguientes:
4.3.1.1
De doble tubo
También conocidos como de contracorriente, consisten en dos tubos de distintos diámetros y concéntricos (Figs. 4.2 y 4.3). El fluido refrigerante se descarga en el espacio anular comprendido entre los tubos concéntricos y circula en dirección descendente hacia el recipiente acumulador. El agua circula en dirección ascendente hacia el compresor, contraria al refrigerante. Figura 4.2 Condensador de doble tubo.
Salida de agua Entrada de fluido refrigerante Salida de fluido Entrada de agua Figura 4.3 Detalle de conexionado de un condensador de doble tubo.
80
Capítulo 4 Condensador
4.3.1.2
Multitubulares
Están formados por una envolvente metálica, de forma cilíndrica, cerrada por los laterales por medio de unas tapas atornilladas que se pueden desmontar para inspección y mantenimiento. En el interior y a lo largo de la envolvente, va montado el paquete tubular. Los materiales que se utilizan en estos condensadores, varían principalmente según el tipo de refrigerante empleado (por incompatibilidades) y el agente condensante, según sea agua dulce o agua de mar. Por ejemplo, la envolvente puede ser de acero y los tubos interiores de cobre cuando el agente condensante es agua de la red. O bien aleación cobre-níquel o latón aluminio, si es agua de mar. Con amoníaco, que es incompatible con el cobre, se emplea el acero. Pero cualesquiera que sean los materiales empleados, debe conseguirse con ellos que el coeficiente de transmisión sea el mejor posible. Estos condensadores pueden ser verticales u horizontales. La figura 4.4 representa uno de estos últimos.
Entrada de gas refrigerante
Salida de agua
Entrada de agua
Salida de líquido refrigerante Figura 4.4 Condensador multitubular horizontal.
El agua entra por la parte inferior a través de la conexión en una tapa lateral, que en su interior tiene un tabique, que impide que el agua entre por todos los tubos. Por ello, entra por los de la parte inferior, llena el espacio de la tapa lateral contraria y circula por los tubos superiores en sentido contrario hacia la salida. El fluido refrigerante, procedente del compresor, entra por la parte superior y llena la envolvente. Debido a la transmisión de calor, el fluido refrigerante se condensa y sale por la parte inferior en estado de líquido hacia el recipiente acumulador. La figura 4.5 representa un condensador-recipiente.
4.3
Tipos de condensadores
81
Figura 4.5 Condensador-recipiente.
Por lo general, los condensadores llevan instalados en la parte superior de la envolvente dispositivos de seguridad y válvula de purga para los gases incondensables. Aunque la instalación tiene el presostato de alta presión, para evitar que se alcancen presiones elevadas durante el funcionamiento, en el caso de que el presostato no actuara, por ejemplo por avería o mala regulación, y la presión siguiera subiendo hasta alcanzar valores peligrosos, entonces actuaría la válvula de seguridad que descargaría el fluido al exterior. Las válvulas de seguridad deben ser del tamaño y capacidad adecuados para cada instalación. Por ejemplo, si en una instalación el presostato de alta presión está regulado para actuar cuando la presión alcance los 17 kg/cm 2, la válvula de seguridad debería actuar a los 20 kg/cm2.
4.3.1.2.1
Parámetros de funcionamiento
Dado que el agua se lleva el calor que disipa el condensador, ésta sufrirá a la salida un aumento de temperatura. En los condensadores del tipo multitubulares, y a efectos prácticos, se considera: a.
Esa diferencia de temperaturas del orden de 5 ó 6 ºC.
82
Capítulo 4 Condensador
b. Si son empleados con torre de refrigeración, la diferencia es de 5 ºC. c. La temperatura de condensación se establece del orden de los 10 ºC, por encima de la de entrada. Estos parámetros son de gran utilidad, ya que con ellos podemos comprobar el funcionamiento del condensador y: Si la presión de condensación es la adecuada Verificar la relación de compresión y tener una orientación de la producción frigorífica. Haremos una aplicación práctica de lo anteriormente comentado.
Ejemplo de aplicación Se trata de una instalación que utiliza un condensador multitubular y la temperatura del agua del mar es de 20 ºC. El fluido refrigerante es R-22 ¿Cuál sería la presión de condensación a la que debería de trabajar? tc = te + 10 ºC tc = temperatura de condensación (ºC) te = temperatura de entrada del agua (ºC) Por lo tanto: tc = 20 ºC + 10 ºC = 30 ºC, que es la temperatura a la que se realiza la condensación del fluido refrigerante. En las tablas del fluido refrigerante correspondiente, en este caso R-22, obtenemos la presión de condensación de 11 kg/cm2. Esta presión es la que se observa en el manómetro de alta presión.
También a efectos de mantenimiento de la instalación, estos parámetros nos son de gran ayuda ya que, si por ejemplo, al cabo de un tiempo de funcionamiento: a. la presión de condensación aumenta b. la presión de baja se mantiene c. y la diferencia de temperaturas del agua disminuye, son síntomas de que el condensador está sucio. O bien, si la presión de condensación sube de manera anormal y la diferencia de temperaturas del agua aumenta, puede ser por falta de caudal (problemas en la bomba, filtro, válvulas o taponamientos), pero si la diferencia no varía, entonces es síntoma de gases incondensables en la instalación. Incondensables en el sistema
Es uno de los problemas más extendidos en la instalación, y puede ser debido a: Que el compresor trabajando con una presión de aspiración menor que la atmosférica aspire aire del ambiente. Alteración química del fluido refrigerante Alteración química del aceite
4.3
Tipos de condensadores
83
Si se trata de una instalación a la que se le haya realizado una operación de mantenimiento, no se haya hecho correctamente el “vacío” O bien, si es una instalación, que después de su montaje y antes de ponerla en marcha no se le haya hecho un “vacío” adecuado. La presencia de gases incondensables en la instalación implica el aumento de la presión de condensación. Eliminación de incondensables
Para eliminarlos, se puede proceder de la siguiente manera (Fig. 4.6): 1. Parar el compresor 2. Dejar la bomba de circulación del agua en marcha durante unas cuatro horas por lo menos, para separar la máxima cantidad de fluido del aire, pues éste al ser incondensable permanecerá en la parte alta. 3. Despegar de su asiento la válvula de purga 4. La presión disminuirá hasta que llega un momento en que estabiliza 5. Cerrar la válvula de purga y dejar que se estabilice el sistema 6. Volver a comprobar. Una vez puesta en marcha la instalación, es conveniente comprobar el nivel del fluido refrigerante. Si tocamos el condensador por su parte superior y lo notamos caliente, hacia su mitad templado y más frío hacia la parte inferior, es síntoma de buen funcionamiento.
Válvula de purga
Entrada refrigerante Válvula de seguridad
Condensador
Bomba de agua
Salida refrigerante Figura 4.6 Disposición de los elementos que intervienen en la eliminación de incondensables.
4.3.1.2.2
Importancia de la aplicación de un correcto mantenimiento
La condensación se puede decir que es una de las fases más importantes de los ciclos de refrigeración. Anteriormente habíamos comentado la importancia que tiene en el sistema el trabajar a la presión de condensación adecuada. Por ello el intercambiador debe trabajar en perfectas condiciones.
84
Capítulo 4 Condensador
Independientemente de los materiales que intervengan, la transmisión se puede ver afectada por falta de mantenimiento, ya que la suciedad por el interior de los tubos, incrustaciones de cuerpos sólidos que impiden el paso del agua, o los aceites que al depositarse en la parte exterior de los tubos impiden una buena transmisión de calor. Por ello es conveniente limpiar los tubos por su interior, mediante varillas especiales, y con productos químicos por su exterior siguiendo las instrucciones de los fabricantes. Para limpiar el condensador, una vez cerradas las válvulas de entrada y salida de agua, se sacan las tapas laterales que están atornilladas a la parte central (virola) y con una varilla que en un extremo tiene un cepillo de teflón se pasa a través de los tubos. Para comprobar si persisten incrustaciones en el interior de los mismos, se coloca en un extremo de los tubos un punto de luz y desde el otro extremo se va comprobando su estado interior. También se pueden limpiar con agua a presión si se trata de depósitos de fango. Para proceder a la limpieza química, hay que vaciar de refrigerante el condensador. La frecuencia con que se realiza esta operación, en horas de funcionamiento, es mayor que la que se realiza para la limpieza interior de los tubos. Un condensador sucio implica una gran pérdida de rendimiento.
4.3.2
Por aire
Su función es exactamente igual a los de agua: Enfrían el vapor recalentado robando el calor sensible Condensan el fluido al robar el calor latente Y también pueden producir el subenfriamiento, por ejemplo, si se sobredimensionan En estos condensadores, el fluido refrigerante cede su calor al aire. Los condensadores por aire pueden ser:
4.3.2.1
De tubo liso
Se emplean en instalaciones pequeñas, como en las neveras domésticas. El material es de cobre y funcionan por circulación natural. Es decir, el aire que lo rodea, a medida que se va calentando, va ascendiendo y es “sustituido” por aire nuevo; o sea, una renovación por gravedad. Por este motivo, los fabricantes de las neveras domésticas recomiendan dejar un espacio determinado entre la parte posterior de la nevera y la pared. Ya que si no hay buena circulación de aire la temperatura de condensación es muy alta y en consecuencia también la presión de condensación. De hecho, uno de los problemas más comunes de las neveras, es no respetar esa distancia y la falta de limpieza de la rejilla de aire, situada en la parte frontal inferior.
4.3
Tipos de condensadores
85
Una instalación de este tipo es la representada en la figura 6.1 del capítulo 6 “Dispositivos de expansión”. Si este tipo de condensadores se utilizara en instalaciones de mayor capacidad, haría falta un condensador de dimensiones muy grandes, con el inconveniente que supondría. Pero en instalaciones de capacidades mayores se emplean los del tipo de tubo con aletas.
4.3.2.2
De tubo con aletas
Estos condensadores están formados por un serpentín de cobre y aletas de alumnio separadas entre sí. La transmisión de calor se produce a través del tubo y las aletas, con lo cual la superficie de transmisión es mayor. Si, además, la circulación del aire es forzada mediante ventiladores, la capacidad del condensador aumenta. Es de gran aplicación en instalaciones industriales porque un condensador de estas características tendría unas dimensiones mucho menores que otro de tipo liso a igualdad de capacidades. Dicho de otro modo, a igualdad de tamaño tendría mucha más capacidad de condensación. La figura 4.7 representa un condensador de tubo con aletas de circulación forzada. La entrada de aire se realiza por la parte posterior del condensador, y la salida por la parte del lado de los ventiladores, siendo ésta de menor sección. La chapa que rodea el ventilador “obliga” al aire a estar en contacto con todo el serpentín
Ventilador completo Tubería de conexionado, entrada de fluido refrigerante, procedente del compresor
Condensador
Tubería de salida del fluido condensado, al recipiente de líquido
Recipiente de líquido
Figura 4.7 Condensador de aire forzado.
86
Capítulo 4 Condensador
del condensador, lo que favorece la transmisión de calor entre el fluido refrigerante y el aire (Fig. 4.8). Dado que el calor específico del aire es de 0,24 kcal/(kg)(ºC), su poder de absorción del calor es muy inferior al del agua, cuyo calor específico es 1 kcal/(kg)(ºC). Se instalan en lugares que no tengan temperaturas muy altas, ya que la temperatura de entrada del aire influye en la temperatura de condensación y por tanto en el rendimiento.
Deflector con fijaciones Entrada de fluido Ventilador
Salida de fluido
Figura 4.8 Disposición de tubos y aletas en un condensador de aire forzado.
4.3.2.2.1
Parámetros de funcionamiento
El aire, al entrar en el condensador, sufre un aumento de temperatura del orden de 7 u 8 ºC, y la temperatura de condensación está determinada a 7 ºC por encima de la de salida. O lo que es lo mismo, la temperatura de condensación es 15 ºC superior a la de entrada del aire. tc = te + 15 ºC tc = temperatura de condensación (ºC) te = temperatura de entrada del aire (ºC)
Ejemplo de aplicación: Se trata de una instalación que trabaja con un condensador de aire forzado, el fluido refrigerante utilizado es R-22 y la temperatura del aire ambiente es de 20 ºC. ¿Qué temperatura de condensación le corresponde? Aplicando la fórmula: tc = 20 ºC + 15 ºC = 35 ºC, que corresponde a una presión de 12,5 kg/cm2 con R-22.
4.3
Tipos de condensadores
87
Estos parámetros también podríamos utilizarlos para determinar incondensables o suciedad, como en el apartado anterior. Por lo general, los condensadores por aire trabajan con temperaturas de condensación superiores a los que utilizan agua. Cuando hay variaciones importantes de la temperatura del aire, estos condensadores suelen llevar dispositivos de regulación (presostatos o termostatos), que actúan variando la velocidad de los ventiladores o parando uno o varios, según las necesidades.
4.3.2.2.2
Mantenimiento
A efectos de un buen mantenimiento, hay que evitar que se deposite suciedad entre las aletas, pues disminuiría la transmisión y por tanto el rendimiento. El condensador en este caso no podría condensar bien el fluido, no le daría tiempo, y a la salida tendríamos líquido y gas. Es como si se colocara un condensador más pequeño, puesto que la superficie de transmisión disminuye. Las aletas no deben estar en contacto entre ellas, ya que ello dificultaría la circulación de aire y afectaría al rendimiento. Existen en el mercado peines separadores de aletas. En estos condensadores la superficie de transmisión comprende los tubos y aletas por las dos caras.
4.3.3
Mixtos
Emplean el aire y el agua, conjuntamente, para efectuar la condensación. Los más utilizados son los condensadores evaporativos.
4.3.3.1
Condensadores evaporativos
Dado que los sistemas de refrigeración que emplean agua para efectuar la condensación necesitan caudales importantes, esto puede representar un inconveniente tanto por el alto consumo, como porque están sometidos a las normativas locales respecto a la utilización del agua de red. O también, aunque las normativas lo autorizaran, puede ser que económicamente resulte rentable instalar condensadores evaporativos (Fig. 4.9) y torres de refrigeración. Su funcionamiento se basa en la combinación de aire y de agua, a contracorriente, para efectuar la condensación. Se instalan en el exterior de la planta de refrigeración, aunque si hubiera que instalarlos en el interior, habría que prever las conducciones del aire. Su rendimiento es función de la temperatura del bulbo húmedo del aire a la entrada y cuanto menor sea dicha temperatura mayor será el rendimiento. Para mejor comprensión de su funcionamiento, veamos la figura 4.10. 1. El compresor descarga el fluido en el condensador evaporativo y circula a través de un serpentín, el cual está en el interior de una envolvente, que suele ser de material galvanizado.
88
Capítulo 4 Condensador
Ventiladores
Purga de incondensables
Tapas de registro
Entrada de fluido refrigerante
Mirillas Entrada de aire
Salida fluido condensado Bomba agua
Figura 4.9 Condensador evaporativo.
2. El ventilador (o ventiladores, que pueden ser axiales o centrífugos) hace circular el aire atmosférico en sentido ascendente que aspira a través de las rejillas y lo descarga de nuevo, a la atmósfera, con lo cual pasa a través del serpentín enfriándolo. 3. Asimismo, en la parte superior va instalada una línea de agua con toberas, que la pulverizan sobre el serpentín. El agua cae al fondo del condensador y es aspirada por una bomba (1), que la envía nuevamente a las toberas.
Exterior
Sala de máquinas Purga de incondensables
Placas separadoras Toberas pulverizadoras
Separador de aceite Aspiración Entrada de aire A los evaporadores
(1) Recipiente de líquido
Agua de red Vaciado
Figura 4.10 Instalación con condensador evaporativo.
4.3
Tipos de condensadores
89
Una parte del agua se pierde por evaporación a la atmósfera. Para evitar que sea importante esa pérdida, se colocan las placas separadoras, que impiden que el agua por la acción de los ventiladores sea descargada a la atmósfera, pues choca contra las placas y cae a la bandeja. La reposición del agua perdida se puede conseguir, por ejemplo, instalando una válvula en la línea de alimentación (agua de red) controlada por un regulador de nivel (flotador). El agua empleada debe ser analizada, por si fuera conveniente proceder a su tratamiento químico. Analizar su dureza, evitar formación de algas, hongos, etc. También hay que tener en cuenta que si la temperatura exterior donde se instale es muy baja, hay que añadir solución de glicol o similar. El tratamiento, si es necesario, no supone que haya que añadir el producto químico al depósito de agua, sino que debe añadirse al agua en circulación (aspiración de la bomba). Uno de los factores de los que depende el buen rendimiento de estos condensadores es mantener la superficie exterior del serpentín libre de depósitos e incrustaciones, por lo que hay que contrarrestar el peligroso bicarbonato cálcico que todas las aguas llevan disueltas. No obstante, dada la importancia del tratamiento, es conveniente seguir las instrucciones al respecto.
4.3.3.1.1
Mantenimiento
El mantenimiento preventivo debe hacerse según las instrucciones del fabricante. En términos generales diremos que los pulverizadores y la superficie del serpentín deben comprobarse y limpiarse mensualmente. En caso de no tener instalado el dispositivo antiincrustante y con objeto de disminuir la concentración de sólidos disueltos en el agua, es conveniente purgar (ver figura 4.10). La cantidad de agua purgada será la equivalente a la que se evapora que de una manera orientativa es: 1,8 litros por cada 1000 kcal disipadas.
4.3.3.1.2
Selección de un condensador evaporativo
Para seleccionar un condensador evaporativo debemos recurrir a las tablas y gráficos de los fabricantes. Veamos con un ejemplo los parámetros que intervienen.
Ejemplo de aplicación: Se trata de seleccionar un condensador evaporativo para una instalación cuyos datos conocidos son los siguientes: Capacidad a disipar: 180 000 kcal/h Temperatura de condensación: 36 ºC
90
Capítulo 4 Condensador
Temperatura del bulbo húmedo: 20 ºC Fluido refrigerante: R-717 El proceso a seguir es el siguiente: 1. Con el gráfico de la figura 4.11 determinaremos el factor “K” de corrección, que está relacionado con la temperatura de condensación y la temperatura del bulbo húmedo:
25
Temperatura de condensación (ºC)
20
Temperatura del 17 bulbo húmedo (ºC)
36 34 32 30
0,1
0,5 0,9 1,4 Factor "K" de corrección
Figura 4.11 Factor "K" de corrección.
Una vez obtenido el factor K = 0,9 hallamos la capacidad corregida:
180 000 kcal/h/0,9 = 200 000 kcal/h 2. A continuación, en la tabla de capacidades (tabla 4.1) seleccionamos el modelo a instalar, que será de una capacidad igual o ligeramente superior a la corregida:
Tabla 4.1 Capacidades de los condensadores evaporativos. Capacidad estándar
Modelo
90 000 120 000 160 000 190 000 220 000 250 000
ABD ABJ ABL ABM ABR ABS
4.4
Torres de refrigeración
91
Por lo tanto, tendremos que instalar el condensador evaporativo modelo ABR. La capacidad de este condensador en las condiciones solicitadas será de: 220 000 kcal/h × 0,9 = 198 000 kcal/h,
que representa un incremento del 10%.
4.4
TORRES DE REFRIGERACIÓN
Los mismos motivos que comentamos para los condensadores evaporativos son los que también justifican la instalación de las torres de refrigeración (Fig. 4.13). Se emplean en las instalaciones de refrigeración y de acondicionamiento de aire. Se montan en el exterior del local. Este elemento no realiza la condensación del fluido refrigerante de manera directa, sino que su Figura 4.12 Panel o relleno. misión es enfriar el agua empleada para la condensación. Tal como vemos en el esquema de la figura 4.14, el agua a la salida del condensador es enviada mediante una bomba a la parte superior de la torre, donde es pulverizada por las toberas y cae sobre el panel o relleno (Fig. 4.12), que es un conjunto de láminas de PVC soldadas entre sí, de tal manera que aumenta la turbulencia de los flujos de aire y agua. Dada la importancia que tiene el relleno en el rendimiento de la torre, debe ser inspeccionado y sustituido según la frecuencia que determine el fabricante. El aire atmosférico es impulsado por el ventilador (o ventiladores) en sentido ascendente y descargado a la atmósfera.
Ventilador
Entrada de agua
Salida de agua
Entrada de aire
Figura 4.13 Torre de refrigeración.
92
Capítulo 4 Condensador
El agua se enfría porque cede su calor al aire; por ello, cuanto más baja sea la temperatura del bulbo húmedo, más efectiva será la torre, es decir más humedad arrastrará el aire. El agua cae en la bandeja situada en la parte inferior y es aspirada por la bomba, que la envía nuevamente al condensador. En la parte superior de la torre están las placas separadoras, cuya función es la misma que la explicada en los evaporativos. Con la torre se consigue un ahorro de agua del 95% como mínimo. Dicho de otro modo, se pierde, como máximo, un 5% por evaporación. La reposición del agua se consigue automáticamente, por ejemplo con la instalación de una válvula controlada por un regulador de nivel (flotador), que da paso al agua de red cuando sea necesario. De manera orientativa, diremos que el salto térmico del agua en el condensador es del orden de 5 ºC con temperatura de entrada del agua en la torre de 35 ºC, y salida a 30 ºC. Respecto al tratamiento químico del agua, ya lo hemos comentado en el apartado de los condensadores evaporativos.
Exterior Circuito del refrigerante Separador de aceite
Placas separadoras Toberas pulverizadoras
Aspiración Panel o relleno Entrada de aire
Condensador
Válvula termostática
Bandeja de agua
Agua de red
Vaciado Bomba de agua
Al evaporador
Circuito de agua
Recipiente de líquido
Figura 4.14 Instalación con torre de refrigeración.
4.4
Torres de refrigeración
93
El control de la temperatura del agua del condensador se hace mediante la instalación de una válvula termostática, la cual, según la temperatura que detecte, manda el agua a la torre o la recircula nuevamente al condensador. Otro sistema consiste en variar la velocidad de los ventiladores (con lo cual se varía el caudal de aire) o bien actuando sobre el número de ventiladores que deben funcionar. Todo ello repercute en un ahorro energético. Tal como vemos en el esquema, la condensación del fluido refrigerante se consigue por la cesión del calor de éste al agua que circula por el condensador. Como el agua es impulsada por la bomba, el cálculo de ésta y el trazado de las tuberías tienen una gran importancia.
4.4.1 Bomba de circulación del agua Es conveniente instalar válvulas de compuerta. De manera genérica, diremos que la velocidad del agua en la impulsión de las bombas debe estar entre 1 y 2,5 m/s, pues cuanto mayor sea la velocidad mayores pérdidas de carga y ruidos. La velocidad del agua en la aspiración de las bombas suele estar comprendida entre 0,5 y 1,6 m/s. Para determinar la bomba necesaria debemos calcular: 1. Caudal necesario (litros/h) 2. Caída de presión en el circuito (m.c.a.), en la que intervienen la caída de presión en tuberías, elementos, condensador y torre de refrigeración. Las caídas de presión en el condensador y torre son datos del fabricante; las demás se obtienen en las tablas correspondientes, como veremos a continuación. Con el caudal y la caída de presión total determinamos la bomba.
4.4.1.1
Caídas de presión
Dada la importancia de las caídas de presión, realizaremos un ejemplo para determinar las pérdidas de carga por longitud equivalente.
Ejemplo de aplicación: Se trata de una red de 200 m de tubería de hierro galvanizado, conectada a una bomba que mueve un caudal de 240 m3/h. El diámetro de la tubería es de 200 mm. En la red hay: 2 válvulas de compuerta 1 válvula de retención 2 codos 1 Te. 1. Con ayuda de la tabla 4.2, determinamos la longitud equivalente:
94
Capítulo 4 Condensador
Determinación de la longitud equivalente. 200 m de tubería 1 válvula de retención 2 válvulas de compuerta 2 codos 1 Te
2. En el gráfico de la figura 4.15, con el caudal y el diámetro conocidos, tendremos la pérdida de carga por cada 100 m de tubería, que es de 2,1 m.c.a.; por lo tanto, para la red de tubería del ejemplo será: 241,6 2,1 × ------------- = 5,07 m.c.a. 100
1 × 22 2 × 1,8 2×6 1×4
200 m 22 m 3,6 m 12 m 4 m
Longitud equivalente
241,6 m
Caudal m3/h
500 Diámetro mm 300
400 300
200
200 100
100 50
50
0,1 0,5 2 2,3 1,5 1 Caída de presión en m.c.a. por cada 100 m
que son
Figura 4.15 Pérdida de carga.
5,07 / 10,33 = 0,49 kg/cm2
Tabla 4.2 Longitud equivalente en metros. Diámetro en mm
25 50 75 100 150 200 300
Válvula de compuerta
Válvula de asiento
0,3 0,5 0,6 0,8 1,3 1,8 2,6
8,5 17 25 35 52 70 110
Válvula de ángulo
4,5 9 13 18 27 36 55
Válvula de retención
2,5 5,5 8 11 16 22 33
Codo de 45º
0,8 1,6 2,2 3 4 6 9
Te
0,5 1 1,5 2 3 4 6
4.5
4.5
Diferencias en el montaje de una torre o un condensador evaporativo
95
DIFERENCIAS EN EL MONTAJE DE UNA TORRE O UN CONDENSADOR EVAPORATIVO
Por las características de funcionamiento que hemos comentado de los condensadores evaporativos y las torres, vemos que éstas pueden montarse a distancias considerables del condensador, ya que las pérdidas de carga en el circuito de agua, serán “asumidas” por las bombas. Con lo que el circuito de refrigeración, es más corto que si se usara un condensador evaporativo. En cambio, en los condensadores evaporativos, hay que tener en cuenta que cuanto más lejos se monten del compresor, las pérdidas de carga ya afectan al propio circuito del refrigerante. El circuito de agua es menor, con lo que las bombas también son más pequeñas. Estos son algunos de los factores a tener en cuenta para la elección de una torre o un condensador evaporativo. Por lo general, las torres se emplean en grandes potencias.
4.6
IMPORTANCIA Y EFECTOS DEL SUBENFRIAMIENTO
Se denomina subenfriamiento a la temperatura real que tiene el líquido por debajo de la de condensación a la presión de saturación correspondiente. Como se puede ver en la figura 4.16, el subenfriamiento implica aumento de producción frigorífica (el efecto refrigerante es mayor). Para apreciar mejor lo anteriormente expuesto, haremos una aplicación práctica.
P Pc
Pa
h ER Figura 4.16 Estudio del subenfriamiento mediante el diagrama p-h.
96
Capítulo 4 Condensador
Ejemplo de aplicación: Se trata de dos instalaciones que utilizan fluido refrigerante R-22, y cuyas condensaciones se realizan mediante condensadores multitubulares de agua. Una instalación trabaja con un subenfriamiento de 5 ºC y la otra no tiene subenfriamiento. No se tienen en cuenta los recalentamientos. La temperatura de aspiración del fluido, medida en el compresor, es de 2 ºC y la de condensación de 35 ºC. El caudal del fluido, Qr = 40 kg/h. Determinar la potencia frigorífica de cada una de ellas. a. Sin subenfriamiento: La potencia frigorífica será la diferencia de entalpías entre el calor del líquido que sale del condensador y el calor del vapor que entra en el compresor, multiplicada por el caudal másico: P = (hl – hv) · Qr En las tablas de propiedades del fluido R-22, vemos que: La entalpía del vapor a 2 ºC es hv = 60,373 kcal/kg Y la entalpía del líquido en la salida del condensador a 35 ºC es hl = 21,83 kcal/kg Por lo tanto, aplicando la fórmula anterior: hl – hv = 60,373 kcal/kg – 21,83 kcal/kg = 38,543 kcal/kg P = 38,543 kca/kg × 40 kg/h = 1541,72 kcal/h b. Con subenfriamiento: Como en el caso anterior, la potencia frigorífica será la diferencia de entalpías entre el calor del líquido que sale del condensador y el calor del vapor que entra en el compresor, multiplicada por el caudal másico. Pero ahora la temperatura de salida del líquido, debido al subenfriamiento, será 5 ºC menor, es decir será de 30 ºC. En las tablas del fluido R-22, obtenemos los valores: Entalpía del vapor a 2 ºC hv = 60,373 kcal/kg Entalpía del líquido, a la salida del condensador a 30 ºC hl = 20,15 kcal/kg Aplicando la fórmula de la potencia: P = (hl – hv) · Qr hl – hv = 60,373 kcal/kg – 20,15 kcal/kg = 40,223 kcal/kg P = 40,223 kcal/kg × 40 kg/h = 1608,92 kcal/h. Por lo que el aumento de producción frigorífica es del 4,4%.
4.7
Cálculo de la capacidad de un condensador
97
De lo que se deduce, que el aumento de la potencia frigorífica es del orden del 0,8 % por cada grado de subenfriamiento. Este aumento no es igual para todos los fluidos, ya que si, por ejemplo, se tratara de amoníaco (R-717 ó NH3) el aumento sería prácticamente la mitad. Otra ventaja muy importante es que, además, esa diferencia de presiones entre la de condensación a 35 ºC (12,94 kg/cm2) y la de saturación del líquido subenfriado a 30 ºC (11,26 kg/cm2), nos da un margen para compensar las pérdidas de carga en la línea de líquido. En este caso, dispondríamos de 1,68 kg/cm2 para compensar pérdidas imprevistas. Evidentemente, un subenfriamiento excesivo sería negativo para la instalación.
4.7
CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE UN CONDENSADOR
Para un mejor entendimiento del proceso de cálculo, realizaremos dos aplicaciones prácticas.
Ejemplo nº1 Se trata de una instalación cuya condensación se realiza mediante un condensador por agua (multitubular) y de la que tenemos los siguientes datos: Capacidad: 25 000 kcal/h Temperatura de evaporación: –20 ºC Temperatura de condensación: 32 ºC Temperatura de entrada del agua: 21 ºC Temperatura de salida del agua: 26 ºC Coeficiente de transmisión (k): 800 kcal /(h)(m2)(ºC) Fluido refrigerante: R-22 Vamos a determinar la superficie de transmisión del condensador. Como sabemos, la capacidad del condensador es: Q = S · k · Δt Lo primero que haremos, es trazar el ciclo de refrigeración correspondiente (Fig. 4.17): La relación entre el calor disipado en el condensador, y el calor absorbido en el evaporador es la siguiente: h2 – h3 68 kcal/kg – 20 kcal/kg 48 ------------------ = ------------------------------------------------------------- = ---------- = 1,246 h1 – h4 58,5 kcal/kg – 20 kcal/kg 38,5 Con lo que la capacidad del condensador será: Qc = 25 000 kcal/h × 1,246 = 31 150 kcal/h La diferencia de temperaturas entre los dos fluidos en movimiento es la media logarítmica
98
Capítulo 4 Condensador
P 3
12,9
32 ºC
2
-20 ºC
2,5
4
1
20
58,5
68 h
Figura 4.17 Representación del ciclo mediante el diagrama p-h.
Por lo tanto: ( tc – tea ) – ( tc – tsa ) Δtm = -------------------------------------------------( tc – tea ) ln ---------------------( tc – tsa ) tc = temperatura de condensación (ºC) tea = temperatura de entrada de agua en el condensador (ºC) tsa = temperatura de salida de agua del condensador (ºC) ( t c – t ea ) – ( t c – t sa ) ( 32 – 21 ) – ( 32 – 26 ) Δtm = ----------------------------------------------- = --------------------------------------------------- = 8,2 ºC ( 32 – 21 ) ( t c – t ea ) ln ---------------------ln --------------------( 32 – 26 ) ( t c – t sa ) Q = S · k · Δtm Aplicando estos valores: 31 150 kcal/h = S × 800 kcal/(h)(m2)(ºC) × 8,2 ºC 31 150 kcal/h
S = ----------------------------------------------------------------------------800 kcal/(h) ( m 2 ) ( ºC ) × 8,2 ºC
Ejemplo nº 2 Calculemos la capacidad de un condensador por aire, de circulación forzada, para una instalación cuyos datos conocidos son: Capacidad del evaporador: 28 000 kcal/h Temperatura de evaporación: –10 ºC
4.8
Selección del condensador
99
Temperatura de condensación: 35 ºC Temperatura del aire ambiente: 20 ºC Fluido refrigerante: R-22 El proceso será el siguiente: 1. Trazaremos el diagrama de Mollier correspondiente (Fig. 4.18) 2. Determinaremos la relación Qc/Qe Qc = capacidad del condensador Qe = capacidad del evaporador Qc ( h2 – h3 ) kcal/kg ( 67,5 – 22 ) kcal/kg Relación ------ = ------------------------------------------ = ---------------------------------------------- = 1,226 Qe ( h1 – h4 ) kcal/kg ( 59 – 22 ) kcal/kg 3. Capacidad del condensador: Qc = 28 000 kcal/h · 1,22 = 34 160 kcal/h
P
13,9
3
35 ºC
2
–10 ºC
3,6 4
22
1
59
67,5
h
Figura 4.18 Representación del ciclo en el diagrama p-h.
4.8
SELECCIÓN DEL CONDENSADOR
Se trata de determinar la capacidad nominal del condensador que se debe instalar. Para ello se deben utilizar las tablas de los fabricantes, que las elaboran según los datos que obtienen en las pruebas que realizan. Cada fabricante tiene sus propias tablas. Un ejemplo ilustrativo del proceso de selección sería el siguiente:
100
Capítulo 4 Condensador
Ejemplo de aplicación: Seleccionemos el condensador de la instalación del ejemplo nº2. Tal como comentamos al principio, se debe determinar la capacidad nominal del condensador, que se podría hacer mediante la siguiente fórmula y las tablas del fabricante. Qn = Qe · Fc · Fr · Fa · (15/Dt)
(1)
Qn = capacidad nominal del condensador Qe = capacidad del evaporador Fc = factor calor compresión Fr = factor refrigerante Fa = factor de altitud Dt = diferencia de temperaturas (tc – ta) a.
El factor de calor de compresión (Fc), se obtiene en la gráfica de la figura 4.19:
Temperaturas de condensación 45 ºC
Fc
40 ºC 35 ºC 30 ºC
1,9
1,5
1,1 –5 –15 –25 Temperaturas de evaporación Figura 4.19 Obtención del factor de calor de comprensión (Fc).
Con lo que Fc = 1,3 b. Factor del refrigerante (Fr), según la tabla del fabricante: Factor del refrigerante (Fr) Refrigerante
R-22
R 134 a
R 404 A
R 507
Factor de corrección
1,04
1,06
1
0,97
Con lo cual Fr = 1,04
4.9
c.
Determinación del caudal de agua
101
Para obtener el factor de altitud (Fa), recurrimos a la siguiente tabla del fabricante: Factor de altitud (Fa) Altitud del nivel del mar
0
500
1000
Fa
1
1,01
1,06
Con lo cual Fa = 1 d. Δt o Dt, es la diferencia entre la temperatura de condensación y la de entrada del aire; en este caso es: Dt = 35 ºC – 20 ºC = 15 Con lo que, 15/Dt = 15/15 = 1. e. Con los valores obtenidos en las correspondientes tablas, aplicamos la fórmula (1): Qn = 28 000 kcal/h · 1,3 · 1,04. 1 · 1 = 37 856 kcal/h, que sería la capacidad para seleccionar el condensador.
4.9
DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DE AGUA
Para determinar el caudal de agua necesario que debe circular por un condensador multitubular, recurrimos a la siguiente fórmula: Q = m · ce · (ts – te) Q = capacidad calorífica a disipar por el condensador (kcal/h) m = caudal de agua (l/h) ce = calor específico del agua, kcal/(l)(ºC) te = temperatura de entrada de agua (ºC) ts = temperatura de salida de agua (ºC)
Ejemplo de aplicación: Siguiendo con el ejemplo nº 1, vamos a determinar la cantidad de agua que pasa a través del condensador. Q = m · ce · (ts – te) Q 31 150 kcal/h m = ----------------------------- = --------------------------------------------------------------------------- = 6230 1/h ce ⋅ ( ts – te ) 1kcal/ ( 1 ) ( º C ) ⋅ ( 26 – 21 ) ( º C ) m= 6,23 m3/h
102
4.10
Capítulo 4 Condensador
CONSECUENCIAS DE UNA ELEVADA PRESIÓN DE CONDENSACIÓN
Como conclusión de la importancia que tiene una presión de condensación demasiado alta con relación a la de aspiración, diremos que: ↑ Pc ⇒ ↑ Rc ⇒ ↓ Rv ⇒ ↓ Pf ↑ = aumento ↓ = disminución ⇒ = implica Pc = presión de condensación Rc = relación de compresión Rv = rendimiento volumétrico Pf = potencia frigorífica De lo que se deduce que un aumento de la presión de condensación, por encima de los valores establecidos, implica la disminución de la potencia frigorífica y en consecuencia el aumento de los consumos. No obstante, en el capítulo de los compresores, esta variación de presión se trata con más profundidad.
C A P I T U L O
5
Evaporador Introducción Es el elemento de la instalación donde se produce el efecto refrigerante. Es un intercambiador de calor, en el cual el calor de la cámara o local pasa al interior del evaporador por efecto de la ebullición del fluido refrigerante en su interior. El fluido refrigerante, ya expansionado, entra en el evaporador a la presión y temperatura necesarias para que efectúe el enfriamiento del medio que lo rodea. Tiene que estar formado por un material que sea muy buen conductor del calor, para que se realice el mejor intercambio posible, y no tienen que estar instalados necesariamente dentro de los recintos o locales a refrigerar.
5.1
CAPACIDAD DEL EVAPORADOR
Se expresa en kcal/h, es decir la cantidad de calor que extrae por unidad de tiempo, y depende de los siguientes factores: Q = S · k · Δt Q = Capacidad del evaporador (kcal/h) S = Superficie de transmisión (m2) k = Coeficiente de transmisión del material, kcal/(h)(m2)(ºC). Δt = Diferencia de temperaturas entre el fluido refrigerante y el medio a enfriar (ºC)
103
104
Capítulo 5 Evaporador
Cuanto mayor sea el valor de cualquiera de estos tres factores, mayor será la cantidad de calor extraído. Pero ello implica también ciertos condicionantes, tales como: 1. Que la superficie quede limitada por el espacio donde tenga que instalarse. 2. El coeficiente k del material esté relacionado con el coste y la compatibilidad con el fluido refrigerante. 3. La diferencia de temperaturas, que evidentemente cuanto mayor sea implicará más extracción de calor; pero ello repercute en la humedad de la cámara. Cuanto mayor sea esa diferencia, menor será la humedad.
5.2
CLASIFICACIÓN DE LOS EVAPORADORES
Son muchas las formas y tipos de evaporadores existentes, por lo que es difícil englobarlos en una sola clasificación, y los distinguiremos según el estado del fluido refrigerante en su interior y según su construcción.
5.2.1 5.2.1.1
Evaporadores según el estado del fluido refrigerante en su interior Inundados
En estos evaporadores, el fluido refrigerante se encuentra en estado líquido desde la entrada hasta la salida, aunque a la salida está en mezcla de líquido y gas; pero en un porcentaje considerable de líquido. Es decir, el fluido refrigerante se encuentra a lo largo de toda la superficie de transmisión, en estado líquido. Son evaporadores de gran rendimiento, ya que si a la salida el fluido está en un porcentaje considerable de líquido, implica que la diferencia de temperaturas entre el fluido refrigerante y el medio a enfriar es prácticamente constante. También se caracterizan por el tipo de dispositivo de expansión, ya que emplean los denominados reguladores de nivel o válvula de flotador. Una instalación típica que emplea estos evaporadores, se muestra en la siguiente figura 5.1. El fluido refrigerante procedente del recipiente de líquido, pasa a través del regulador (dispositivo de expansión) y entra expansionado en un recipiente llamado separador de líquido. Desde este elemento se alimentan los evaporadores. En la figura hemos representado dos evaporadores: uno alimentado por gravedad y otro forzado, por bomba. Incluso desde el separador de líquido, podemos alimentar evaporadores para distintas temperaturas, mediante expansiones posteriores. A la salida del evaporador, el fluido se encuentra en estado líquido en su mayor parte y por lo tanto no puede ir conectado directamente al compresor. Por ello se conecta la salida al separador de líquido, en el cual el líquido está en la parte inferior y el vapor en la parte superior, de donde es aspirado por el compresor.
5.2
Clasificación de los evaporadores
Descarga
Aspiración
Dispositivo de expansión
105
Compresor
Líquido del recipiente
Separador de líquido
Evaporador de la cámara nº2
Bomba de circulación del fluido refrigerante
Evaporador de la cámara nº1
Figura 5.1 Instalación con evaporadores inundados.
El separador de líquido, al contener el fluido a muy baja presión, ya que está expansionado, debe estar perfectamente aislado; de lo contrario habría transmisión y el fluido ebulliría.
5.2.1.2
Semiinundados
Están formados por dos colectores, uno de menor diámetro que es la entrada del fluido refrigerante, y otro colector de mayor diámetro, que es la salida del fluido (Fig. 5.2). Los dos colectores están unidos mediante los tubos, en paralelo, por los
Salida de fluido Entrada de fluido
Figura 5.2 Evaporador semiinundado.
106
Capítulo 5 Evaporador
que circula el fluido refrigerante. Es muy importante para su correcto funcionamiento que estos evaporadores estén perfectamente nivelados. Al estar los tubos conectados en paralelo, la velocidad del fluido refrigerante a través de los mismos es muy baja y el líquido se va depositando en la parte inferior de los tubos, inundándolos. El vapor que se va formando circula por la parte superior. Por lo general, estos evaporadores son de tubo con aletas, que en el gráfico no están representadas, con objeto de ver la disposición de los tubos y colectores.
5.2.1.3
Secos
Se caracterizan porque el fluido refrigerante se encuentra, a la salida del evaporador, en estado de gas. Es decir, una parte de la superficie de transmisión se emplea en el recalentamiento del fluido refrigerante. En los evaporadores secos la alimentación se produce, generalmente, mediante válvulas de expansión termostáticas. El fluido entra expansionado y a la salida, por la transmisión de calor, se encuentra en estado de vapor. Esto es debido a que las válvulas de expansión termostáticas trabajan según el recalentamiento del vapor a la salida del evaporador. En el capítulo de las válvulas de expansión lo trataremos con mayor profundidad.
5.2.2 5.2.2.1
Evaporadores según su construcción De tubo liso
Son los más empleados desde el principio de la refrigeración. Consisten en un tubo de cobre recocido que puede presentar distintas formas, entre las que destacan, por su aplicación, la de zigzag y en espiral (Fig. 5.3).
Salida de fluido refrigerante
Entrada fluido refrigerante Bandeja Desagüe Figura 5.3 Evaporador de tubo liso.
5.2
5.2.2.2
Clasificación de los evaporadores
107
De tubo con aletas
Para una misma capacidad, con las aletas se consigue un menor tamaño porque la superficie de transmisión es la de los tubos más la de las aletas (Fig. 5.4).
Figura 5.4 Evaporador con aletas.
Las aletas pueden ser de varias formas, principalmente rectangulares o circulares, y no necesariamente lisas con objeto de facilitar la turbulencia del aire. Las aletas se fijan al tubo mediante un proceso mecánico, que consiste en el ensanchamiento del tubo haciendo pasar por su interior una bola de acero. La circulación del aire, a través de estos evaporadores puede ser: Natural En los que el aire circula por su diferencia de densidad en los distintos puntos, estableciéndose corrientes de convección. Se instalan en el techo o a lo largo de las paredes del local a refrigerar. El aire frío procedente del evaporador, al entrar en contacto con el producto se calienta por la transmisión de calor y asciende hacia el evaporador, que lo enfría, “cayendo” nuevamente sobre el producto a enfriar. Forzada La entrada y salida del aire se produce por la acción de los ventiladores, por lo que la separación entre las aletas es menor que en los de circulación natural.
Figura 5.5 Evaporador de circulación forzada.
108
Capítulo 5 Evaporador
La disposición de los tubos es al tresbolillo (Fig. 5.6). Con ello se garantiza que todo el aire que pasa a través del evaporador, se enfría, ya que está en contacto con todo el tramo del serpentín. El aire que no está en contacto con los tubos de la primera fila, lo consigue con los de la segunda fila. Los materiales que se empleen para los tubos y aletas, deben ser muy buenos conductores de calor; pero al mismo tiempo han de ser compatibles con los fluidos refrigerantes. Con amoníaco se emplean tubos y aletas de acero, y con fluidos clorofluorados, tubos de cobre y aletas de aluminio.
Figura 5.6 Tubos al tresbolillo.
Nota En el montaje de los evaporadores es muy importante seguir las instrucciones de los fabricantes y respetar las distancias entre evaporador y techo o paredes con objeto de no perjudicar la circulación del aire, y por lo tanto el rendimiento.
5.3
EXPANSIÓN DIRECTA E INDIRECTA
Tal como comentamos al principio de este capítulo, los evaporadores son los elementos que se encargan de mantener la temperatura necesaria en el interior del local a refrigerar. Pero ello no implica que tengan que estar instalados dentro del local, sino que pueden también estar fuera. Distinguiremos entre sistemas de expansión directa y sistemas de expansión indirecta.
5.3.1
Expansión directa
El evaporador enfría directamente la cámara, bien porque está instalado en su interior o en un local anexo. Un ejemplo de este último tipo de instalación, es el representado en la siguiente figura 5.7.
Aspiración Líquido refrigerante Cámara
Figura 5.7 Evaporador de expansión directa.
Local anexo
5.3
Expansión directa e indirecta
109
El evaporador está instalado en un local anexo y la descarga del aire se realiza a través de un conducto que dispone de unas rejillas para la salida del aire. De esta forma se consigue una distribución uniforme del aire de impulsión. El retorno del aire en este caso también es conducido por otro conducto hacia el evaporador. Este sistema se suele emplear en cámaras de altura considerable o bien por las características de almacenamiento del producto.
5.3.2
Expansión indirecta
Necesita de un circuito secundario para mantener la temperatura necesaria en el interior del local. Es un sistema muy empleado en casos en que el local o cámara a refrigerar está situado a una distancia considerable del compresor.
Ejemplo de aplicación Un ejemplo ilustrativo de este caso lo tenemos en la figura 5.8, en la que solamente reflejamos los elementos más característicos:
Bomba de circulación de líquido (agua o salmuera)
Aspiración
Descarga Tanque
Compresor Condensador Circuito de refrigeración Circuito de agua o salmuera Entrada de agente condensante (agua)
Agua o salmuera Evaporador
Cámara a refrigerar Serpentín de la cámara
Recipiente de líquido
Figura 5.8 Evaporador de expansión indirecta.
Se trata de un sistema cuyo evaporador enfría un líquido (agua o salmuera) en un tanque, de donde es aspirado por una bomba y enviado a un serpentín, que se encuentra dentro del local o cámara a refrigerar. La salida del serpentín de la cámara retorna nuevamente al tanque.
110
Capítulo 5 Evaporador
5.3.2.1
Ventajas de este sistema
1. Se evitan las grandes caídas de presión, que si se hiciera por expansión directa implicarían, entre otras medidas, sobredimensionar el compresor para compensar esas pérdidas de carga. Así no hay que llevar el evaporador al interior de la cámara para conseguir la temperatura necesaria en su interior. Estas caídas de presión las asumiría la bomba del circuito secundario, que es la que “trasladaría” la refrigeración producida en el tanque a la cámara. 2. Dado que el circuito primario es más corto, es menor la cantidad de fluido refrigerante. 3. En caso de pérdidas de refrigerante, solamente afectarían al circuito primario, ya que en el circuito secundario las pérdidas serían de agua o salmuera. Además estas fugas se detectan con facilidad y el reponer estos fluidos es más barato que si fuera el fluido refrigerante. El enfriamiento que se produce mediante el serpentín del circuito secundario se conoce como frigorífero, pues aprovecha el calor sensible para la producción de frío. En cambio, el enfriamiento producido en el serpentín del circuito primario (evaporador del circuito frigorífico) se conoce como frigorígeno, pues aprovecha el calor latente para la producción de frío.
5.3.2.2
Ejemplo de aplicación en instalaciones de aire acondicionado
El sistema indirecto, también es muy empleado en las instalaciones de aire acondicionado. Como el representado en el esquema de la figura 5.9, en el que aparecen los elementos más importantes (los presostatos, termostatos, manómetros, etc, ya se suponen aplicados). El circuito representa la denominada “central enfriadora de agua”, de gran aplicación en este tipo de instalaciones. Básicamente consta de un circuito de refrigeración, cuyo evaporador enfría el agua que contiene el tanque. La bomba aspira el agua del tanque y la envía a un elemento que suele ser el “fan-coil” (“ventilador-serpentín”), que está en el interior del local que se quiera acondicionar (Fig. 5.10). En el lateral derecho se pueden apreciar las conexiones de entrada y salida de agua. El agua al salir del fan-coil vuelve al tanque, para su enfriamiento. Evidentemente, el agua a la salida del fan-coil, lo hace a una temperatura superior a la que entró en el mismo, ya que se encarga de robar el calor del local. Como dato orientativo, en este tipo de instalaciones el agua que sale del tanque (o sea, la que entra en el fan-coil) lo hace a una temperatura de 7 ºC y retorna con una temperatura de 12 ºC. A efectos de una mejor comprensión del funcionamiento, diremos que los fan-coils a la entrada llevan instalada una válvula moduladora (Fig. 5.9) que actúa
5.3
Expansión directa e indirecta
111
Local Condensador
Compresor
T Termostato
2 Recipiente de líquido Tanque
Bomba
Válvula moduladora
Circuito del fluido refrigerante Circuito de agua o salmuera
Figura 5.9 Aire acondicionado por sistema indirecto.
Ventilador Motor Condensador eléctrico
Intercambiador agua-aire
Bandeja Figura 5.10 "Fan-coil".
según la señal que le envía el termostato ambiente, con lo cual, si la temperatura ambiente es más alta que la requerida, la válvula moduladora abre dando paso a más caudal de agua, y se cerrará cuando la temperatura disminuya.
112
Capítulo 5 Evaporador
En el esquema están representadas otras dos válvulas moduladoras, que actúan sobre los fan-coils de otros locales a acondicionar. Los ventiladores del fan-coil suelen estar conectados con variadores de velocidad; de esta manera se regula el caudal del aire impulsado de acuerdo con las necesidades térmicas del local puesto que, evidentemente, existe una relación entre el caudal impulsado (m3/h) y las frigorías que aporta.
5.3.2.2.1
Mantenimiento del fan-coil
Como es elemento del circuito que, de una manera directa, se encarga de mantener la temperatura en el interior del local, independientemente de las recomendaciones de cada fabricante, citaremos las operaciones de mantenimiento que se deben aplicar: Limpieza de los filtros de aire porque un filtro sucio reduce el caudal del aire y provoca la suciedad del serpentín, lo que implica disminución de la potencia. Comprobación del buen estado de la evacuación de los condensados. Engrase de los motores (cojinetes), si fuera necesario. Comprobación de los consumos eléctricos. En los dos ejemplos anteriormente comentados, para el enfriamiento de los líquidos se utilizan los denominados enfriadores de líquido (Fig. 5.11).
Entrada fluido refrigerante Retorno Salida fluido refrigerante Aspiración del líquido Figura 5.11 Enfriador de líquido.
Otro tipo de evaporador, enfriador de líquido, es el multitubular de la figura 5.12. Según su capacidad el haz tubular puede ser desmontado.
Figura 5.12 Enfriador de líquido multitubular.
5.4
5.4
Salto térmico en los evaporadores (Δt)
113
SALTO TÉRMICO EN LOS EVAPORADORES (⌬t)
Es la diferencia de temperaturas entre la del fluido refrigerante, evaporándose en el interior de los evaporadores, y la del fluido a enfriar. Varía según se trate este último de aire, salmuera, agua… y el tipo de evaporador a emplear. A efectos prácticos y de una manera orientativa, diremos, por ejemplo, que a. Si el fluido a enfriar es líquido, esa diferencia de temperaturas es del orden de 5 ºC. b. Si el fluido a enfriar es el aire de la cámara, esa diferencia de temperaturas es del orden de 5 a 8 ºC para evaporadores forzados y de 8 a 12 ºC para evaporadores de circulación natural. Ya que el salto térmico (Δt) está condicionado por la humedad relativa (H.R.) de la cámara, que a su vez está determinada por el tipo de producto en el interior de la misma, no debemos olvidar que cada producto tiene su propia temperatura y humedad relativa, para poder ser mantenido en óptimas condiciones de conservación o congelación.
Ejemplo de aplicación En una cámara queremos mantener merluza a una temperatura de –20 ºC y con una H.R. de 80-85 %, empleando un evaporador forzado. El fluido de la instalación es R-22. Por lo tanto, tal como hemos comentado anteriormente, el salto térmico (Δt) estará entre 5 y 8 ºC, con lo cual el fluido se evaporará a una presión del orden de los 0,85 kg/cm2 (considerando una diferencia de 7 ºC), que será la presión que nos marque el manómetro de aspiración. Si la presión disminuye, entonces la humedad de la cámara disminuye, y al contrario, una presión superior implicaría que la humedad de la cámara aumentaba.
5.5
DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE UN EVAPORADOR
Para un mejor entendimiento, a continuación realizaremos uno de los ejemplos que nos podremos encontrar en una instalación.
Ejemplo de aplicación Supongamos una instalación que trabaja con un evaporador de circulación natural (por gravedad) de tubo con aletas y queremos calcular la capacidad del mismo, en kcal/h. Los datos de que disponemos son: Δt = 12 ºC Temperatura de evaporación (te) = –10 ºC El coeficiente de transmisión k, tratándose de un evaporador de circulación natural de tubo con aletas, es de 7 kcal / (h)(m2)(ºC) Las medidas del evaporador, que reflejamos en la figura 5.13, son:
114
Capítulo 5 Evaporador
A
L
H
Figura 5.13 Cotas del evaporador.
H = 160 mm A = 325 mm L = 760 mm, es la longitud de cada tubo, que aunque en la figura están representados solamente dos, este evaporador tiene 8 tubos. Tal como hemos estudiado al principio del capítulo, la capacidad de un evaporador es: Q = S ⋅ k ⋅ Δt De esta fórmula conocemos Δt, y k. Con lo cual, debemos de determinar la superficie S de transmisión. La superficie de transmisión es la suma de la superficie de los tubos y aletas: a. Tubos Medimos el diámetro ∅ = 16,5 mm Longitud, L = 760 mm, no consideramos los codos. La superficie de cada tubo será:
Altura
Base La base es la longitud del tubo (L), y la altura, h, la determinamos: l = 2⋅π⋅r l = 2 · π · (∅/2) = 2 · 3,14 · (16,5/2) = 51,81 mm S = b×h S = 760 mm · 51,81 mm = 39 375,6 mm2 Como hay 8 tubos S = 39 375,6 mm2 × 8 = 315 004,8 mm2
5.6
Selección de un evaporador
115
b. Aletas La superficie de cada una será: S = b × h = 325 mm × 160 mm = 52 000 mm2, como el evaporador tiene 66 aletas: S = 52 000 mm2 × 66 = 3 432 000 mm2 Dado que la transmisión se produce por las dos caras: S = 3 432 000 × 2 = 6 864 000 mm2 Por tanto, la superficie total será: S = 315 004,8 mm2 + 6 864 000 mm2 = 7 179 004,8 mm2 = 7,1 m2 Con lo cual la capacidad del evaporador será: Q = S · k · Δt = 7,1 m2 × 7 kcal / (h)(m2)(ºC) × 12 ºC = 596 kcal/h.
5.6
SELECCIÓN DE UN EVAPORADOR
Una vez determinada la capacidad de un evaporador, el siguiente paso es el proceso de su selección. Para ello debemos utilizar las tablas de los fabricantes. Cada fabricante tiene sus propias tablas. La capacidad determinada se verá afectada por el factor de corrección (f), que nos dará el valor de la capacidad nominal, y ésta será la que finalmente se instale. Esta capacidad es la capacidad nominal o capacidad corregida. El factor (f) es un valor que tiene en cuenta las pérdidas de rendimiento por formación de escarcha y de hielo en las baterías de los evaporadores, durante el tiempo establecido entre los períodos de desescarche. Qc Qn = ------f
Qn = Capacidad nominal, que se obtendrá en las tablas (kcal/h) Qc = Capacidad en las condiciones de trabajo (kcal/h) f = Factor de corrección Como ejemplo de ejecución del proceso, realizaremos una aplicación práctica.
Ejemplo de aplicación Se trata de seleccionar un evaporador de circulación forzada, para las siguientes condiciones de trabajo: Capacidad: 10 000 kcal/h Temperatura de la cámara (tc): –25 ºC Temperatura de evaporación (te): –30 ºC
116
Capítulo 5 Evaporador
Con lo cual Δt es de 5 ºC. El proceso a seguir es el siguiente: 1. Con la temperatura de evaporación (–30 ºC) y la diferencia Δt (5 ºC), obtenemos en las tablas del fabricante (Fig. 5.14) el factor de corrección (f) 0,58
Δt = 10 ºC
Factor de corrección f
1,15 Δt = 9 ºC 1 Δt = 8 ºC 0,80
Δt = 7 ºC Δt = 6 ºC
0,60 Δt = 5 ºC 0,50 -5
-10
-20
-30
Temperaturas de evaporación (ºC) Figura 5.14 Tabla de factor de corrección.
2. La capacidad nominal, será: Qc Qn = ------f Qn = 10 000 kcal/h / 0,58 = 17 241 kcal/h 3. Con esta capacidad seleccionamos el evaporador a instalar. Si en la tabla no aparece el valor de esta capacidad, se escoge el de potencia inmediata superior.
5.7
Desescarche
Modelo
Capacidad N. kcal/h
Caudal de aire m3/h
Superficie m2
FG/14 FG/20 DJ/15
14 200 16 300 18 700
16 000 19 000 21 000
110 125 140
117
El modelo seleccionado será el DJ/15.
5.7
DESESCARCHE
5.7.1
Introducción
Consiste en la eliminación de la escarcha que se produce en el evaporador. Para un mejor entendimiento del proceso, consideremos un evaporador forzado que funciona en el interior de una cámara frigorífica. El aire del interior de la cámara es un aire húmedo y al pasar, impulsado por el ventilador a través del serpentín, sus gotitas de agua, al ponerse en contacto con la superficie exterior de éste, que contiene el fluido refrigerante a baja presión, se depositan en la superficie del tubo y por el enfriamiento forman la escarcha (a temperatura ligeramente superior a los 0 ºC). Esa escarcha, posteriormente hielo, es perjudicial para el rendimiento del evaporador, ya que actúa de aislante entre el aire y el fluido refrigerante, con lo cual tenemos una doble problemática: 1. Impide que el aire de la cámara al pasar por el serpentín se enfríe hasta la temperatura necesaria, obligando al compresor a trabajar en ciclos largos, con las consecuencias ya comentadas. Y el caudal de aire a través del serpentín es menor. 2. Por otra parte, si no hay buena transmisión de calor el fluido refrigerante no puede vaporizarse, lo que implica que salga en estado líquido hacia el compresor.
5.7.2
Tipos de desescarche
Hay muchas maneras de eliminar esa escarcha, pero todas se basan en la aportación de calor. Los sistemas de desescarche más empleados son:
5.7.2.1
Por agua Es el sistema que menos se usa entre los comentados en este apartado. En la figura 5.15 se representa un caso de aplicación. En la parte superior del serpentín está instalada una bandeja, que dispone de unos orificios o toberas por los que sale impulsada el agua procedente de la red. La impulsión del agua está diseñada de modo que caiga uniformemente sobre todo el serpentín.
118
Capítulo 5 Evaporador
Entrada de agua
Entrada líquido refrigerante Salida gas refrigerante
Salida de aire
Desagüe Figura 5.15 Desescarche por agua.
Al caer sobre el hielo, se produce la fusión de éste, que cae en la bandeja inferior y el agua es conducida a la red de desagüe. Durante la realización del desescarche, la alimentación del fluido refrigerante está interrumpida y el ventilador parado. En el siguiente tipo de desescarche, muy utilizado, se explica el proceso con más profundidad.
5.7.2.2
Por resistencias eléctricas
Consiste en la instalación de resistencias calefactoras en contacto con las aletas del evaporador.
Figura 5.16 Conexión eléctrica de las resistencias de desescarche.
5.7
Desescarche
119
La ejecución puede realizarse de varias maneras. Una de las más extendidas, automática, consiste en lo siguiente (Fig. 5.17):
Ventilador del evaporador
Regulador de presión
Evaporador Bandeja
Compresor
Resistencias
Válvula de solenoide Condensador Recipiente de líquido
Figura 5.17 Desescarche por resistencias eléctricas.
1. El desescarche se inicia, por ejemplo, mediante un temporizador que cierra la válvula de solenoide, con lo cual ya no pasa el fluido refrigerante al evaporador (la presión de aspiración del compresor empieza a caer, hasta que alcanza el valor regulado en el presostato de baja y éste para el compresor). 2. A continuación se para el ventilador del evaporador, y se conectan las resistencias eléctricas. 3. La finalización del desescarche puede ser por tiempo o por temperatura, y de tal manera que contemple la salida del agua que va cayendo a la bandeja. 4. Finalizado el desescarche se desconectan las resistencias eléctricas, se pone el ventilador en marcha y se abre la válvula de solenoide, con lo que se pone nuevamente en marcha la instalación. La bandeja debe estar dimensionada para que recoja toda la cantidad de agua proveniente de la fusión del hielo. Tratándose de bajas temperaturas, la bandeja y el tubo de desagüe, van provistos de resistencias eléctricas para evitar la congelación del agua. Durante el desescarche, al estar conectadas las resistencias eléctricas, provocan el aumento de la presión del fluido refrigerante contenido en el evaporador. Ese aumento de la presión del fluido en el lado de baja presión puede dañar, por sobrecarga, el motor del compresor en el arranque. Para evitar esa alta presión en la aspiración se ha instalado en la aspiración del compresor un regulador de presión.1 También se puede solventar mediante una válvula de expansión adecuada.2 1. Ver apartado 7.2 "Regulador de presión de aspiración" del capítulo "Reguladores".
120
Capítulo 5 Evaporador
Nota Cuando las resistencias están activadas, hemos dicho que el compresor ya está parado; pero puede ocurrir que arranque porque al activarse las resistencias, el fluido que está en el evaporador sufre un aumento de presión y temperatura, con lo cual el diferencial del presostato arranca el compresor. Pero la válvula de solenoide sigue cerrada y no pasa fluido, el compresor solo aspira lo que tenga desde el evaporador (incluido) y la presión de aspiración cae hasta que el presostato (por baja) para nuevamente el compresor.
5.7.2.3
Por gas caliente
Es un sistema con un alto rendimiento. Consiste en la introducción de gas caliente, vapor recalentado, en el evaporador que se quiera realizar el desescarche. El esquema de la figura 5.18 nos facilita la comprensión.
Válvula 1 1 Evaporador Válvula de expansión Válvula 2 Compresor
Condensador Recipiente de líquido
Alimentación a otro evaporador
Figura 5.18 Desescarche por gas caliente.
Las flechas indican el sentido del fluido refrigerante en funcionamiento normal. El proceso de desecarche se produce de la siguiente manera: 1. Iniciado el ciclo de desescarche en el evaporador, se cierra la válvula 2 y se para el ventilador. Evidentemente, en este caso el compresor no se para puesto que la instalación consta de más de un evaporador. Si la instalación tuviera un solo evaporador, habría que disponer de otro elemento que reevaporara el fluido antes de la entrada al compresor. 2. Se abre la válvula 1 y el vapor recalentado deriva al evaporador entrando en éste después de la válvula de expansión. Dada la diferencia de temperaturas existente, comienza la fusión del hielo, pero al mismo tiempo ese vapor recalentado se enfría hasta que se produce la condensación del fluido. 2. Ver apartado 6.5 "Válvulas de expansión termostáticas con MOP" del capítulo "Dispositivos de expansión".
5.7
121
Desescarche
De manera práctica, diremos que el evaporador se convierte en condensador, con lo cual el fluido a la salida del evaporador está en estado líquido, que como ya sabemos, es peligroso para el compresor si lo aspira. La manera de cómo se soluciona este problema, es lo que diferencia las distintas aplicaciones de este sistema de desescarche. Una de las soluciones empleadas en instalaciones con varios evaporadores, consiste en la comunicación de estos entre sí.
Ejemplo de aplicación En la figura 5.19 se representa una instalación con dos evaporadores. Para mejor comprensión de su funcionamiento, solamente se reflejan los elementos que intervienen en los ciclos de desescarche correspondientes a los evaporadores A y B. a.
Cuando la instalación está funcionando normalmente, el fluido refrigerante sigue el circuito indicado mediante las flechas, y la disposición de las válvulas es la siguiente: Válvulas abiertas: 2-7-4-8
Válvulas cerradas: 1-5-3-6
7
8
3
6 A Compresor Salida de agua Entrada de agua
Condensador
5
1
2
B
4
Recipiente de líquido
Figura 5.19 Desescarche de instalación con dos evaporadores. Funcionamiento normal.
b. Supongamos que queremos desescarchar el evaporador “A” (Fig. 5.20). El fluido refrigerante circula en el sentido de las flechas, y la posición de las válvulas correspondientes a los dos evaporadores sería: Las válvulas que estarían abiertas: 1-3-4-8
Las válvulas que estarían cerradas: 2-7-5-6
122
Capítulo 5 Evaporador
7
8
3
6 A Compresor Salida de agua Entrada de agua
5
1
B
1
Línea de gas caliente
4
2
Condensador
Recipiente de líquido
Figura 5.20 Desescarche de instalación con dos evaporadores. Desescarche del evaporador "A".
Es decir, el líquido que sale del evaporador “A” alimenta el evaporador “B” en funcionamiento. Incluso esa variación de temperaturas en el líquido, tal como se demostró en capítulos anteriores, es buena ya que mejora el rendimiento. Por lo tanto el evaporador “B” seguiría trabajando normalmente. c. Si el desescarche se realizara en el evaporador “B” (Fig. 5.21). Las válvulas estarían de la siguiente manera: Válvulas abiertas: 5-6-2-7 Válvulas cerradas: 4-8-1-3. El evaporador “A” seguiría trabajando normalmente. Como dato orientativo diremos que en una instalación múltiple, con desescarche por gas caliente, dos tercios de la instalación deben estar en producción de frío.
7
8
3
6 A
5
1 Compresor Agua
Línea de gas caliente Condensador
B
1 2
4
Recipiente de líquido
Figura 5.21 Desescarche de instalación con dos evaporadores. Desescarche del evaporador "B".
5.7
5.7.2.4
Desescarche
123
Por inversión del ciclo
Como su nombre indica, consiste en invertir el ciclo de funcionamiento, es decir, durante el ciclo de desescarche, el evaporador realiza la función del condensador y el condensador la del evaporador. La ejecución puede realizarse con sistema de válvulas, en manual o automático, o bien mediante la instalación de una válvula de 4 vías. Viene a ser la base de la conocida “bomba de calor” (que aunque no es objeto de este libro, para hacernos una idea de su alto rendimiento, diremos que su COP3 es del orden de 3.5). La figura 5.22 es una representación esquemática simple pero muy ilustrativa:
A 2 5 3 1 4 Compresor
B Válvula de expansión
Válvula de retención
C
Figura 5.22 Ciclo normal de funcionamiento.
Las flechas representan el ciclo normal del funcionamiento de la instalación. El compresor descarga el fluido refrigerante al serpentín (B), que es el condensador, pasa al recipiente de líquido (C), y al evaporador (A) de donde es aspirado por el compresor. La disposición de las válvulas es la siguiente: Válvulas abiertas: 1-2 Válvulas cerradas: 3-4-5 El siguiente esquema (Fig. 5.23) representa el funcionamiento durante el ciclo de desescarche del evaporador (A) de la cámara. Las flechas representan el sentido del fluido durante el mismo. 3. COP (Coeficiente de prestación de un sistema) es la relación entre la energía térmica cedida por el sistema y la energía, de tipo convencional, absorbida.
124
Capítulo 5 Evaporador
El compresor descarga el fluido refrigerante directamente al evaporador (A) que se “transforma” en condensador, ya que debido a la transmisión de calor, el fluido se condensa y pasa a través de la válvula de expansión al serpentín (B), que ahora hace las funciones de evaporador, de donde es aspirado por el compresor. La disposición de las válvulas es la siguiente: Válvulas abiertas: 3-4-5 Válvulas cerradas: 1-2
2
A 5 3 1
4 Compresor
B Válvula de expansión
Válvula de retención C Figura 5.23 Desescarche por inversión del ciclo.
5.8
EFECTOS DE LA PRESIÓN DE ASPIRACIÓN EN EL EVAPORADOR
El rendimiento del evaporador tiene una relación muy directa con la presión de aspiración. Si se aumenta la presión de aspiración, también aumentan la presión y la temperatura del fluido dentro del evaporador. Esto implica que se reduce la diferencia de temperaturas entre el fluido refrigerante y el medio exterior que rodea el evaporador. En este caso el rendimiento del evaporador disminuye. Por el contrario, si la presión de aspiración disminuye, también disminuyen la presión y la temperatura del fluido dentro del evaporador, con lo que la diferencia de temperaturas entre los dos fluidos aumenta. Esto se traduce en un aumento del
5.9
Influencia del aceite en el evaporador
125
rendimiento del evaporador. En cambio, tal como hemos comentado en el capítulo de los compresores, en éstos ocurre el efecto contrario.
Ejemplo de aplicación Se trata de una instalación que emplea un evaporador de circulación natural, de tubo con aletas, que trabaja con un Δt de 12 ºC y tiene una capacidad de 3900 kcal/h. ¿Cuál sería la capacidad, en los casos que Δt fuera de 8 ºC y de 6 ºC? a. Si el mismo evaporador tuviera que trabajar con un Δt de 8 ºC, entonces la capacidad disminuiría a las 2700 kcal/h. b. Y si Δt fuese de 6 ºC, la capacidad del evaporador disminuiría hasta las 2000 kcal/h.
Capacidad (kcal/h) 4000 3000 2000 1000 0 2 4 6 8 10 12 14 Diferencia de temperatura del evaporador ºC Figura 5.24 Capacidad del evaporador en función de Δt.
5.9
INFLUENCIA DEL ACEITE EN EL EVAPORADOR
Al disminuir la presión de aspiración, el retorno del aceite al compresor se hace con más dificultad y podría originar que el aceite se quedara en el evaporador actuando de aislante, disminuyendo así la transmisión de calor, e incluso producir taponamientos. Por otra parte, el nivel de aceite en el cárter disminuiría, lo que también dificultaría la lubricación. El aceite en un evaporador puede disminuir su rendimiento del orden del 20%. El retorno del aceite se garantiza mediante el diseño adecuado de las tuberías de aspiración, principalmente con el diámetro y trazado de las mismas. Como más adelante estudiaremos, el diámetro influye en las velocidades y las pérdidas de carga. Para que nos hagamos una idea de estos valores, diremos que si la salida del evaporador está al mismo nivel que el compresor, o que sea vertical descendente, en la práctica se da una pendiente del orden del 2% hacia el compresor. La velocidad mínima del fluido debe ser de 3 m/s.
126
Capítulo 5 Evaporador
En cambio si la salida del evaporador es vertical ascendente, caso de que el compresor esté a más altura que el evaporador, la velocidad mínima será de 6 m/s. La velocidad no puede ser muy alta, ya que si con ello se garantiza el retorno del aceite, por otra parte también aumentan las pérdidas de carga y las caídas de presión que afectan al rendimiento de la instalación.
C A P I T U L O
6
Dispositivos de expansión
Introducción Entre las funciones que realizan estos elementos, debemos destacar las siguientes: Regulan la cantidad de fluido refrigerante, que debe entrar en el evaporador. En unión del compresor, mantienen las presiones de alta y baja; podríamos decir, que son las “fronteras” entre la alta y la baja presión del circuito. Producen la expansión del fluido. El fluido pasa de la alta a la baja presión necesaria en el evaporador. Pueden ser de varios tipos; los más empleados son los siguientes: a. b. c. d.
Tubos capilares Válvulas de expansión termostáticas Válvulas reguladoras de nivel (flotador) Válvulas manuales
Las válvulas manuales tienen muy poca aplicación. Son válvulas de aguja y se emplean en instalaciones cuya carga sea constante. También se utilizan montadas en “by-pass” con las válvulas de expansión, como complemento de regulación, o bien para que en un momento dado, por ejemplo una avería, se pueda regular la cantidad de fluido a través de ellas.
127
128
6.1
Capítulo 6 Dispositivos de expansión
TUBOS CAPILARES
Se emplean en pequeñas instalaciones en las que varía poco la carga frigorífica, principalmente instalaciones domésticas y comerciales de refrigeración, así como en acondicionamiento de aire. Por ejemplo, en neveras, muebles enfriadores, botelleros, islas y equipos de aire acondicionado compactos y partidos. Como ejemplo de su aplicación, comentaremos el siguiente circuito (Fig. 6.1), que corresponde a una instalación de nevera doméstica.
Tubo capilar Filtro Condensador Evaporador
Bandeja Compresor Figura 6.1 Circuito de nevera doméstica.
La línea a trazos representa la bandeja de recogida de las gotas de agua resultantes de la condensación en el interior de la nevera. En esta bandeja, al estar en contacto con el vapor recalentado de la descarga, se eliminan las gotas de agua. Asimismo, el fluido entra en el condensador con una temperatura menor, lo que favorece la condensación. El tubo capilar une el condensador con el evaporador (alta y baja presión), y es un tubo de cobre de pequeño diámetro. El fluido refrigerante al circular por el interior del tubo, sufre una caída de presión y por tanto de temperatura, lo que origina su expansión. Para evitar que una parte del fluido se evapore dentro del tubo, éste se suele meter unos centímetros dentro del tubo de aspiración, que sale del evaporador ha-
6.2
Válvulas de expansión termostáticas
129
cia el compresor. Con lo que se produce un intercambio térmico, que retrasa la evaporación del fluido dentro del tubo capilar. Tal como se puede ver en el esquema anterior, la instalación no lleva acumulador de líquido, pues la reserva del fluido condensado se encuentra en los últimos tramos del condensador, lo que a su vez hace de barrera entre el fluido condensado (hacia el tubo capilar) y la mezcla de líquido y gas durante la condensación. Las características fundamentales de los tubos capilares son el diámetro interior y la longitud. Como dato orientativo, diremos que el mayor diámetro suele ser del orden de 2,4 mm. Para la comprobación de los diámetros, se utilizan las “galgas de capilares” Galgas
Se suministran en rollos de diferentes diámetros y se cortan con un útil especial (cortacapilares), según la longitud necesaria. Cuando se realice el montaje de un tubo capilar, ya Cortacapilares sea el conjunto filtro-tubo capilar mediante abocardado (roscado) o capilar mediante soldadura, hay que eliminar las impurezas porque podrían producir la obstrucción del fluido. En este tipo de instalaciones, después de realizar alguna reparación, es muy importante que cuando se vuelva a poner en marcha, tenga la cantidad exacta de fluido refrigerante. Dada la importancia de la exactitud de la carga, los fabricantes nos facilitan ese dato en la placa de características.
6.1.1
Sustitución del tubo capilar
Al sustituir un tubo capilar debemos hacerlo por otro de las mismas características. Ya que si, por ejemplo: Lo cambiamos por otro de menor longitud, el fluido refrigerante pasaría con mayor rapidez al evaporador, se inundaría el evaporador y podría llegar líquido al compresor. Por el contrario, si fuera de mayor longitud entonces al fluido le costaría más llegar al evaporador, y se sobrecargaría el condensador, aumentaría la presión de alta y disminuiría la producción frigorífica.
6.2
VÁLVULAS DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICAS
La válvula de expansión termostática (Fig. 6.2) es uno de los elementos de las instalaciones que la inmensa mayoría de las personas que trabajan en ellas en algún momento dado las han manipulado. Pero también hay que decir que en
130
Capítulo 6 Dispositivos de expansión
Conexión de salida de fluido refrigerante
Bulbo Tornillo de regulación
Conexión entrada de fluido refrigerante
Figura 6.2 Válvula de expansión termostática.
muchos casos, sin motivo, que no era necesario hacerlo, justificándolo de la siguiente manera: “La cámara no consigue la temperatura adecuada, por lo tanto si no enfría es porque no llega la cantidad adecuada de fluido refrigerante. Si abrimos la válvula, pasará más fluido y se solucionará el problema”. Lógicamente, antes de actuar sobre la válvula debemos estar seguros de que la “culpa” sea realmente de la válvula y no de otro elemento, como por ejemplo, mala condensación o fugas. Al actuar sobre la válvula, no sólo modificamos la cantidad de fluido que pasa a través de ella, sino que también hay otras repercusiones, como estudiaremos posteriormente. Por lo tanto, vamos a comentar las características más importantes de su funcionamiento, regulación, averías, síntomas y soluciones, que nos ayudarán a un mejor conocimiento de las mismas.
6.2.1
Funcionamiento de la válvula
A la entrada de la válvula, el fluido debe estar en estado de líquido 100% a la temperatura de condensación o mejor aún subenfriado, con lo que al sufrir la expansión, a la salida estará en estado de mezcla de líquido y vapor; pero en ésta, la proporción deberá ser mucho mayor en líquido que en vapor para que tenga un buen rendimiento. Deben montarse lo más cerca posible de los evaporadores, pues de lo contrario, cuanto más lejos se monte, hay que compensar la pérdida de rendimiento, por ejemplo aislando el tramo que los une, o replanteando diámetros. Su funcionamiento queda determinado por tres presiones fundamentales que actúan sobre la membrana interior (Fig. 6.3): Pb = Presión del bulbo, actúa sobre la parte superior y tiende a abrir la válvula. El bulbo está unido a la parte superior de la válvula, mediante un tubo capilar soldado entre ambos.
6.2
Válvulas de expansión termostáticas
Pb Pr
131
Evaporador Pe
Tornillo de regulación Pe
Salida (entrada al evaporador)
Entrada de líquido refrigerante Figura 6.3 Presiones que actúan en la válvula de expansión termostática.
Pe = Presión de evaporación, actúa sobre la parte inferior de la membrana y tiende a cerrarla. La presión del evaporador se comunica con la parte inferior de la membrana, por medio de un orificio realizado a tal fin en el interior del cuerpo de la válvula. Por ello, estas válvulas se llaman “válvulas de expansión termostáticas con igualador interno”. Pr = Presión del resorte, también actúa sobre la parte inferior de la membrana y tiende a cerrarla. Es la fuerza que actúa directamente sobre el vástago de la válvula. ↓ Pb ↑ Pr ↑ Pe
------------------------------ membrana
Por lo que, en su funcionamiento, la presión del bulbo es equilibrada por la suma de la presión del resorte más la presión de evaporación: Pb = Pr + Pe
(1)
cuando Pb > Pr + Pe, la válvula se abre cuando Pb < Pr + Pe, la válvula se cierra La igualdad de presiones (1) se verá afectada por la variación de la temperatura del refrigerante a la salida del evaporador medida en el bulbo, puesto que es la temperatura que actúa sobre el fluido que contiene el bulbo: a. Si es alta, también lo serán la temperatura y la presión del fluido en el bulbo, con lo cual se abrirá hasta restablecer nuevamente el equilibrio de las presiones.
132
Capítulo 6 Dispositivos de expansión
b. Por el contrario, si la temperatura del refrigerante en el evaporador a la salida de éste no aumenta, entonces la temperatura y la presión del bulbo tampoco aumentarán, y la válvula cerrará. Lo que podemos resumir en una frase: "Las válvulas termostáticas trabajan según el recalentamiento del fluido refrigerante a la salida del evaporador, medido en el bulbo”. ¿Pero cómo, cuándo y por qué ocurre esto exactamente? Como es la clave de su funcionamiento, a continuación lo analizaremos con mayor profundidad.
6.2.2
Recalentamiento
El recalentamiento es la diferencia de temperaturas del fluido entre la entrada y la salida del evaporador. Vamos a ver cómo se determinan estos valores. El fluido, al pasar a través de la válvula, sufre una caída de presión y de temperatura. Recordemos que al aumentar la presión de un fluido aumentamos su punto de ebullición, y al disminuir su presión también disminuimos su punto de ebullición. A la salida, esa mezcla de líquido y vapor, como consecuencia de la expansión, estará a la presión y temperatura de evaporación, conocida como “presión de baja”, que será determinada en unión del compresor. El fluido, al encontrarse a la temperatura de evaporación, empieza a robar calor del medio que lo rodea, y esa transmisión de calor provoca una disminución de la cantidad de líquido y de aumento de vapor, calor latente de evaporación, hasta que el fluido se encuentra en estado de vapor 100%, que en adelante llamaremos punto “X”. Este punto representa el estado de vapor saturado que aún se encuentra a la temperatura de evaporación. De manera gráfica (Fig. 6.4) podemos ver cómo evoluciona el fluido refrigerante a través del evaporador, dando unos valores arbitrarios para facilitar la comprensión de la evolución del fluido refrigerante por el interior del serpentín (evaporador):
1 2 Entrada de líquido
3
4 5
6
7 Aspiración del compresor
Figura 6.4 Evolución del fluido refrigerante.
6.2
Válvulas de expansión termostáticas
133
1. Representa el fluido refrigerante a la entrada de la válvula. Está en estado líquido 100%, a la presión y temperatura de condensación, por ejemplo 35 ºC. 2. El fluido está expansionado (mezcla), por ejemplo 95% líquido y 5% vapor, a la temperatura de –20 ºC (temperatura de evaporación). 3. El fluido se encuentra en una proporción de 70% líquido y 30% vapor, a la temperatura de evaporación. 4. En este punto estaría en una proporción de 50% líquido y 50% vapor, a la temperatura de evaporación. 5. La proporción sería de 15% líquido y 85% vapor, a la temperatura de evaporación. 6. El fluido ya estaría en 100% vapor, y a la temperatura de evaporación. 7. 100% vapor recalentado, mayor temperatura. Es decir, la temperatura del fluido refrigerante desde la entrada del evaporador hasta el punto “X”, que es donde la última gota de líquido se evapora, es la misma: es la temperatura de evaporación. Lo que se produce es un cambio de estado a temperatura constante. Pero desde ese punto el fluido sigue circulando a través del evaporador, ya que está sometido a la aspiración del compresor, y como su temperatura es aún inferior a la del recinto a refrigerar, así como también por rozamiento con las paredes internas del serpentín, sufre un aumento de temperatura con lo cual, el fluido a la salida, está en estado de vapor recalentado; pero la presión es la misma, dejando de lado las pérdidas de carga. Por lo que se deduce que el recalentamiento es la diferencia de temperaturas del fluido refrigerante, entre la entrada y la salida del evaporador, o lo que es lo mismo, la diferencia de temperaturas entre el punto “X” y la salida del evaporador medida en el bulbo. Esa diferencia de temperaturas, es decir el recalentamiento, debe estar comprendido, por lo general, entre 4 ºC y 6 ºC.
Ejemplo de aplicación El siguiente gráfico (Fig. 6.5) nos facilitará la comprensión de lo anteriormente comentado: Supongamos un evaporador, sin caída de presión, alimentado con una válvula de expansión termostática con igualador interno y: El fluido refrigerante de la instalación y de la carga del bulbo es R-22. La presión de evaporación (presión de aspiración) es 0,6 kg/cm2 La presión de regulación del resorte es 0,5 kg/cm2 Estas dos presiones tienden a cerrar la válvula. Por lo tanto, ésta debe regular la cantidad de fluido refrigerante, de manera que se consiga un recalentamiento que origine una temperatura a la salida, y medida en el bulbo, que cause en éste una presión Pb = 1,1 kg/cm2.
134
Capítulo 6 Dispositivos de expansión
Pb – 1,1 kg/cm2 (–24 ºC) Membrana
Tornillo de regulación
Pe Pr 0,6 kg/cm2 0,5 kg/cm2
Recalentamiento 0,6 kg/cm2 (–31 ºC)
(–24 ºC)
0,6 kg/cm2 (–31 ºC)
Pe
Entrada de fluido
Figura 6.5 Funcionamiento de una vávula de expansión con igualador interno, en un evaporador sin caída de presión.
Dado que Pb = Pr + Pe 1,1 kg/cm2 = 0,5 kg/cm2 + 0,6 kg/cm2 Con lo que el recalentamiento es:
Temperatura de evaporación: Temperatura en el bulbo: Recalentamiento:
– 31 ºC – 24 ºC ---------------– 7 ºC
El recalentamiento se mantiene constante sean cuales sean las condiciones de carga. Todas las válvulas ya vienen de fábrica con un ajuste de recalentamiento estándar.
6.2.2.1
Recalentamiento bajo Si la diferencia de temperaturas es menor que 4 ºC, el recalentamiento es bajo. Con lo cual: El punto “X” estará a la salida del evaporador, en el bulbo o incluso después de éste, lo que supone que una parte del fluido llegará en estado líquido al compresor y puede producir el temido golpe de líquido en el mismo. El síntoma externo lo veríamos en el compresor, ya que en la culata e incluso en elementos inferiores, veríamos formación de escarcha o hielo. Pero aunque no llegara a producir el temido golpe de líquido, el compresor estaría trabajando en régimen húmedo,1 con lo cual el mismo compresor eliminaría esas 1. Ver apartado 3.12 “Funcionamiento en régimen seco y en régimen húmedo” del capítulo 3 (Compresores).
6.2
Válvulas de expansión termostáticas
135
gotas de líquido, insuficientes aún para producir el golpe, convirtiéndolas en vapor; pero esas gotas de líquido deberían haberse vaporizado en el evaporador. Solución
Tendríamos que regular la válvula para conseguir el recalentamiento adecuado. Es decir, tendríamos que llevar el punto “X” hacia dentro del evaporador y dejarlo dentro de los límites anteriormente citados, lo que se consigue cerrando la válvula. Nota Al realizar las operaciones de ajuste del recalentamiento, hay que tener presente que el hecho de actuar sobre la válvula no implica una velocidad de respuesta inmediata. Se necesita un cierto tiempo para que la válvula y la instalación, “recepcionen” esa nueva información y se adapten a ella.
6.2.2.2
Recalentamiento alto
Es cuando la diferencia de temperaturas es mayor que 6 ºC. En este caso, nos encontramos con el punto “X” alejado del bulbo; pero dentro del evaporador, lo cual supone disminución del rendimiento del evaporador. A modo de ejemplo ilustrativo, en la figura 6.6 podemos ver la representación de un recalentamiento alto, donde se observa cómo el fluido va evaporándose hasta que alcanza el denominado punto “X”, y lo alejado que éste se encuentra del bulbo, lo que provoca un aumento del recalentamiento.
90% liq. 10% vap. Entrada de líquido
50% liq. 50% vap. 20% líq. 80% vap.
"X" Recalentamiento
Aspiración del compresor
Figura 6.6 Recalentamiento alto.
Síntoma externo:
Observando el evaporador, éste se encontraría parcialmente escarchado desde la entrada hasta donde se encuentre el punto “X”, con lo cual la superficie útil del evaporador disminuiría, ya que solamente esa parte del evaporador es la que realmente enfriaría.
136
Capítulo 6 Dispositivos de expansión
Por otra parte: El compresor trabajaría con ciclos largos, puesto que al disminuir la superficie de transmisión del evaporador, es como si fuera sustituido por otro de menor capacidad. Las temperaturas de entrada al compresor serían mayores, lo que afectaría también a los materiales, aceite de lubricación y temperatura de descarga. Como se puede ver, el recalentamiento además de tener consecuencias directas sobre los evaporadores, también las tiene indirectas sobre los demás elementos.
6.2.2.3 Determinación práctica del recalentamiento Ejemplo de aplicación nº1 Se trata de la instalación de la figura 6.7, en la que solamente se representan los elementos que intervienen directamente, cuyo evaporador está alimentado a través de una válvula de expansión termostática. Los datos que tomamos son los siguientes: El fluido refrigerante es R-22 Presión de aspiración: 0,5 kg/cm2 El termómetro colocado en el bulbo mide una temperatura de –31 ºC. Vamos a determinar el recalentamiento. A la presión de 0,5 kg/cm2 (recordemos que es presión relativa o manométrica, y si utilizásemos las tablas de vapor, sería la presión absoluta), le corresponde una temperatura de evaporación de –32 ºC, con lo cual:
Temperatura de evaporación: Temperatura de salida (termómetro): Recalentamiento:
– 32 ºC – 31 ºC ---------------1 ºC
Este recalentamiento es muy bajo, con lo que tendríamos que llevar el punto “X” hacia dentro.
Válvula termostática
0,5 kg/cm2 –31ºC
Compresor Figura 6.7 Ejemplo de recalentamiento bajo.
6.2
Válvulas de expansión termostáticas
137
Solución: Cerraríamos la válvula, pasaría menos fluido y se evaporaría antes de que llegara al bulbo.
Nota Cada vez que actuemos sobre la válvula debemos hacerlo con mucha precaución. Es conveniente seguir las instrucciones del fabricante; si no disponemos de ellas, cerraríamos media vuelta el tornillo de regulación y esperaríamos unos 10 minutos, para dar tiempo a que se estabilizara la instalación. Volveríamos a comprobar y actuaríamos otra vez, si fuese necesario, hasta conseguir la regulación adecuada.
Ejemplo de aplicación nº2 Se trata de la instalación de la figura 6.8, de la que tomamos los siguientes datos: Fluido refrigerante: R-22 Presión de aspiración: 0,8 kg/cm2 El termómetro colocado a la salida del evaporador, en el bulbo, mide una temperatura de –17 ºC.
0,8 kg/cm2
Válvula termostática
–17ºC
Compresor Figura 6.8 Ejemplo de recalentamiento alto.
Analizar el recalentamiento. A esa presión le corresponde una temperatura de evaporación de –28 ºC, con lo cual la diferencia es de 11 ºC. El recalentamiento es muy alto, el punto “X” estaría muy dentro del evaporador. Solución: Tendríamos que abrir el tornillo de regulación de la válvula, para dar más paso de fluido refrigerante y volver a comprobar si la variación es la adecuada.
6.2.3
Colocación del bulbo
Es muy importante, ya que la válvula funciona según la señal que detecte el bulbo.
138
Capítulo 6 Dispositivos de expansión
Es conveniente seguir las instrucciones de los fabricantes, pero de un modo general diremos que: Si el diámetro del tubo es superior a los 20 mm, el bulbo debe colocarse en la posición de las agujas del reloj a las 16 h. Si se coloca en el exterior de la cámara, debe estar muy bien aislado. Entre el bulbo y la superficie del tubo, donde se colocará, no debe haber absolutamente nada, es decir, que los dos estén en contacto directo. El bulbo debe fijarse al tubo mediante una abrazadera metálica que suministra el propio fabricante. Los esquemas A y B de la figura 6.9 representan la colocación del bulbo en los casos de los evaporadores cuya salida hacia el compresor sea horizontal (A), o vertical ascendente (B).
A
B Figura 6.9 Colocación del bulbo.
Fig A
Representa la salida de un evaporador montado a mayor altura que el compresor. Esa diferencia de niveles, hacia el compresor, garantiza el retorno de aceite. Cuando se trate del caso en que el evaporador y el compresor estén al mismo nivel, en realidad a la salida del evaporador se le da una pendiente del orden del 2% hacia el compresor, para garantizar el retorno de aceite. Fig B
Representa la salida de un evaporador cuando éste se instala por debajo del compresor. O por decirlo de una manera genérica, siempre que la salida del evaporador sea ascendente. A la salida, y cuando se inicia el tramo ascendente, se coloca un sifón para evitar fluctuaciones de la válvula por falsas señales del bulbo. En los tiempos de parada, el sifón evita que el aceite entre en el evaporador. Si la diferencia de niveles es considerable, además de este sifón en la base sería conveniente colocar otros intermedios. En caso de ser una válvula con igualador externo, el bulbo siempre se colocará antes que el igualador externo. Con enfriadores de salmuera u otro líquido, el bulbo irá debajo del nivel, y si fuera preciso, aislado.
6.3
6.2.4
Válvulas de expansión termostáticas con igualador externo de presión
139
Carga del bulbo
Las válvulas de expansión termostáticas pueden presentar distintos tipos de carga en el bulbo. Cada carga tiene sus propias características térmicas, que condicionan el funcionamiento de la válvula. Por lo general, la carga es del mismo fluido que utiliza la instalación. La carga puede ser: a. Líquida El funcionamiento de la válvula queda condicionado a los cambios de temperatura en el bulbo, sin ninguna interferencia del ambiente que lo rodea. b. Con gas Su ámbito de aplicación es en instalaciones que trabajan dentro de un pequeño margen de temperaturas. c. Carga cruzada Cuando la carga es de un fluido distinto al de la instalación, se conoce como bulbo con “carga cruzada”. Esta válvula está más influenciada por las variaciones de las presiones de aspiración que las que se puedan producir en el bulbo. Con temperaturas de aspiración altas, este tipo de válvulas controla altos recalentamientos, disminuyendo así la carga del compresor.
6.3
VÁLVULAS DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICAS CON IGUALADOR EXTERNO DE PRESIÓN
En grandes evaporadores se produce una caída de presión importante, que a la salida, cuando el fluido alcanza el bulbo, esa pequeña presión y temperatura provocan en el bulbo una presión insuficiente para poder abrir la válvula. Por ello, si en esos evaporadores se montara una válvula con igualador interno, tendría que trabajar con un recalentamiento alto, con lo que disminuiría la superficie de transmisión del evaporador y por lo tanto su capacidad. Para solucionar este inconveniente, disponemos de las válvulas de expansión termostáticas con igualador externo (Fig. 6.10). Este consiste en un pequeño tubo que comunica la parte inferior de la membrana con la salida del evaporador después del bulbo (siempre después del bulbo). Así, esta fuerza que actúa por debajo de la membrana, ya sería la presión de evaporación menos la caída de presión a lo largo del evaporador. Pb ↑ Pr ↑ Pe-Δp
-----------------------------------------
Pb = presión del bulbo Pr = presión del resorte Pe–Δp = presión de evaporación menos la caída de presión.
140
Capítulo 6 Dispositivos de expansión
Conexión del igualador externo
Conexión de salida de fluido refrigerante
Bulbo
Tornillo de regulación
Conexión de entrada de fluido refrigerante
Figura 6.10 Válvula de expansión termostática con igualador externo.
Ejemplo de aplicación Retomando el ejemplo anterior de la fig 6.5, si esa misma válvula termostática se instala en un evaporador de igual capacidad; pero que origina una caída de presión de 0,3 kg/cm2, tal como se demuestra en la fig. 6.11, entonces ocurre lo siguiente: En este caso la presión del evaporador (Pe), que actúa para cerrar la válvula es de 0,9 kg/cm2, que sumada a la presión del resorte (Pr) cuyo valor es de 0,5 kg/cm2 da una presión total de cierre: Pr + Pe = Pb 0,5 kg/cm2 + 0,9 kg/cm2 = 1,4 kg/cm2 que es la presión necesaria en el bulbo para abrirla.
1,4 kg/cm2 (–21 ºC) Membrana Pe Pr 0,9 kg/cm2 0,5 kg/cm2 Tornillo de regulación Pe
Recalentamiento 0,6 kg/cm2 (–31 ºC)
(–21 ºC)
0,9 kg/cm2 (–27 ºC)
Entrada de fluido
Figura 6.11 Funcionamiento de la válvula de expansión con igualador interno en un evaporador con caída de presión.
6.3
Válvulas de expansión termostáticas con igualador externo de presión
141
A esta presión del bulbo le corresponde una temperatura de –21 ºC, por tanto la válvula debe reducir su caudal para crear el recalentamiento necesario en el bulbo hasta alcanzar ese valor Dado que se produce una caída de presión a lo largo del evaporador, de 0,9 kg/cm2 hasta los 0,6 kg/cm2, a esta presión le corresponde una temperatura de –31 ºC. De esta manera el recalentamiento es de 10 ºC, que tal como hemos estudiado anteriormente es alto. En consecuencia, una excesiva caída de presión en el evaporador con válvula de expansión con igualador interno, provoca un alto recalentamiento y una importante pérdida de capacidad. Este problema se soluciona con la instalación de una válvula con igualador externo de presión, ya que la presión (Pe) que actúa para cerrar la válvula es la de la salida del evaporador, es decir, la real: Tal como se aprecia en la figura 6.12, se trata del mismo evaporador; pero alimentado con una válvula con igualador externo. La presión de salida del evaporador (0,6 kg/cm2), a través del igualador externo, actúa en la parte inferior de la membrana. De este modo la presión de cierre será: Pr + Pe = Pb 0,5 kg/cm2 + 0,6 kg/cm2 = 1,1 kg/cm2 que a su vez es la presión del bulbo necesaria para abrir la válvula. A esta presión del bulbo (1,1 kg/cm2), le corresponde una temperatura de –24 ºC. A la presión de salida del evaporador (0,6 kg/cm2), le corresponde una temperatura de –31 ºC. Con lo que el recalentamiento (la diferencia entre ambas temperaturas) es de 7 ºC, que es el mismo valor que en el caso del ejemplo de la fig. 6.5.
1,1 kg/cm2 (–24 ºC) Recalentamiento
Membrana Pr 0,5 kg/cm2
Tornillo de regulación
0,6 kg/cm2
Pe 0,6 kg/cm2
Pe
(–24 ºC)
0,9 kg/cm2
Entrada de fluido Figura 6.12 Funcionamiento de la válvula de expansión con igualador externo.
142
6.3.1
Capítulo 6 Dispositivos de expansión
Montaje del igualador externo
Es importante recordar que el igualador externo de presión debe montarse siempre “pinchando” la tubería de aspiración por su parte superior. Si se hiciera por la inferior, se correría el peligro de que el tubo igualador externo se obstruyera por taponamiento con aceite o por decantación de impurezas, con lo cual la válvula no trabajaría bien, ya que es fundamental que la válvula “reciba la información” de la presión de aspiración en la parte inferior de la membrana. El tubo que une la válvula con la tubería de aspiración, es decir el igualador externo, debe llevar una válvula de corte, pues en caso de que se necesite sustituir la válvula, de esta manera se corta el paso de fluido. En este tipo de válvulas, el igualador externo siempre debe conectarse.
6.3.2
Caídas de presión
Como ejemplo, para que veamos la importancia que tienen las caídas de presión, la pérdida de carga máxima permitida en los evaporadores que trabajen con R-22 a la temperatura de evaporación de –40 ºC es de 0,051 kg/cm 2. Pero con el mismo fluido refrigerante, para una temperatura de evaporación de 5 ºC ya sería de 0,204 kg/cm2. Cuanto más baja sea la temperatura de evaporación, las pérdidas de carga en baja presión son menos toleradas. Nota En caso de que tengamos que tomar una decisión entre montar una válvula con igualador interno o externo de presión, podemos optar tranquilamente por la de igualador externo para cualquier evaporador, siempre que se instale el igualador externo.
6.3.3
Filtro y tobera
Todas las válvulas de expansión termostática llevan montado a la entrada (Fig. 6.13): Un filtro de malla metálica muy fina para retener impurezas que pudieran obstruir el orificio (también conocido como tobera). Por ello es importante que no se acumule suciedad en el mismo, ya que obstruiría el paso de fluido refrigerante. Una manera de limpiarlo es agitarlo dentro de un pequeño frasco con alcohol y después comprobarlo a contraluz. El orificio, que es donde realmente se produce la expansión del fluido. Se puede cambiar. Lleva grabado un número, con lo cual si se cambia por otro orificio, se cambiarán las condiciones de funcionamiento. Es decir se cambian las capacidades de la válvula.
6.4
Filtro
Boquillas distribuidoras
143
Orificio Figura 6.13 Filtro y orificio.
En la siguiente tabla se puede comprobar la variación de las capacidades con distintos orificios:
Orificio Nº 00 0 1 2
6.4
Capacidades nominales en kW R-134 a
R-22
R-407 C
0,30 0,80 1,90 3,10
0,50 1,30 3,20 5,30
0,50 1,40 3,50 5,70
BOQUILLAS DISTRIBUIDORAS
En aquellos evaporadores que estén formados por tubos paralelos individuales, como el que se representa en la figura 6.14, estos tubos no son alimentados directamente desde la válvula termostática, sino a través de una boquilla distribuidora. Esta boquilla distribuidora tiene unos orificios que la conectan, mediante unos tubos a cada uno del evaporador, para conseguir así una mejor distribución del fluido refrigerante en todo el evaporador. Para ello los tubos de unión deberán de ser de la misma Figura 6.14 Boquilla longitud y diámetro, porque de esta manera se consigue que distribuidora. la distribución en el evaporador sea uniforme. Pero por otra parte, además de la caída de presión del evaporador hay que sumar la producida por los tubos de distribución. Esta caída de presión implica que las válvulas termostáticas que se instalen con las boquillas distribuidoras, tengan que ser de igualador externo de presión. La boquilla distribuidora debe montarse en posición vertical y mejor en sentido descendente (Fig. 6.15). No tiene que ir necesariamente roscada o soldada a la válvula de expansión termostática, pero en esos casos la distancia entre ambas deberá ser lo más corta posible.
144
Capítulo 6 Dispositivos de expansión
Válvula termostática
Conexión bulbo
Boquilla distribuidora
Igualador externo
Evaporador Figura 6.15 Instalación de evaporador con boquilla distribuidora.
6.5
VÁLVULAS DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICAS CON MOP
Son válvulas limitadoras de presión. MOP es la presión máxima de servicio. Es la presión del evaporador a la cual la válvula restringe el fluido refrigerante y evitan cualquier aumento de presión y limita así la presión de aspiración. Durante el ciclo de desescarche, y también al finalizar, se produce un aumento de presión en el evaporador, con lo que cuando el compresor volviera a ponerse en marcha, se encontraría con una presión alta que sobrecargaría el motor. Para evitar esta sobrecarga del motor, una de las soluciones es instalar una válvula de expansión termostática con MOP, que tiene la misma función que las anteriores con el añadido de ser limitadora. Uno de los tipos más empleados es el que tiene dos membranas (ver figura 6.16) y un elemento elástico entre ellas. Cuando la presión de aspiración se aproxima al punto de sobrecarga del motor, el elemento elástico se comprime y obliga a la válvula a restringir el paso de fluido refrigerante al evaporador. Entonces, la presión de aspiración disminuye hasta la de ajuste, con lo cual el elemento elástico se extiende y las dos membranas actúan como una sola. A partir de ese momento la válvula funciona de manera normal. Este aumento de presión también se puede producir después de una parada por ciclo normal de funcionamiento. No son adecuadas para instalaciones que requieran enfriamientos rápidos.
6.6
Selección de La válvula de expansión termostática
145
Figura 6.16 Válvula de expansión termostática con MOP.
6.6
SELECCIÓN DE LA VÁLVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA
La válvula se selecciona a partir de los siguientes datos conocidos: Capacidad de refrigeración Temperatura de evaporación Temperatura de condensación Tipo de refrigerante a emplear Caída de presión neta a través de la válvula. Con estos datos y con las tablas del fabricante, se selecciona la válvula. Como ejemplo, realizaremos una aplicación.
Ejemplo de aplicación Se trata de seleccionar la válvula para una instalación de las siguientes características:
Capacidad corregida: 1.870 kcal/h Temperatura de evaporación: –10 ºC Temperatura de condensación. 30 ºC Fluido refrigerante: R-22
146
Capítulo 6 Dispositivos de expansión
El proceso a seguir es el siguiente: 1. Determinaremos la caída de presión neta, para ello: a.
Restamos a la presión de condensación la presión de evaporación: En las tablas, con esas temperaturas, obtenemos las presiones correspondientes: 11 kg/cm2 y 2,5 kg/cm2 respectivamente. Por lo tanto 11 kg/cm2 – 2,5 kg/cm2 = 8,5 kg/cm2
b. A este valor hay que restarle todas las demás caídas de presión, como son las debidas a pérdidas por fricción en las líneas, incluyendo condensador y evaporador, filtros, codos, válvulas, elevación de la línea de líquido, distribuidor de refrigerante, etc. Supongamos que este valor es de 0,5 kg/cm2.
c. Con lo que la caída de presión neta es: 8,5 kg/cm2 – 0,5 kg/cm2 = 8 kg/cm2 2. Con la caída de presión neta, temperatura de evaporación y tipo de fluido, entramos en las tablas para seleccionarla de acuerdo con su capacidad.
Capacidades de las válvulas de expansión termostáticas, en TONS de refrigeración. Fluido R-22. 1 ºC de subenfriamiento antes de la válvula. Temperatura de evaporación 10 ºC
0 ºC
–10 ºC
Caída de presión neta (kg/cm2) V Á L V
4
5
6,6
R 0,22 0,28 0,3
8
9,5
11
4
5
6
8
9,5
11
4
5
6
8
9
11
0,34 0,37 0,43 0,25 0,29 0,31 0,37 0,41 0,47 0,29 0,35 0,46 0,49 0,52 0,61
T 0,43 0,47 0,51 0,58 0,61 0,64 0,4
0,49 0,55 0,62 0,69 0,73 0,51 0,62 0,66 0,69 0,72 0,79
V 0,71 0,78 0,82 0,91 0,94 0,98 1,0
1,3
1,5
1,7
1,91 1,99 1,3
1,45 1,65 1,73 1,78 1,99
La capacidad de la válvula será igual o un poco superior a la dada en la tabla. Por lo tanto, en este ejemplo sería la válvula T de capacidad 0,69 TONS (2070 kcal/h). Ya que la válvula R de capacidad 0,49 TONS (1470 kcal/h) es insuficiente, y la válvula V sería de mucha más capacidad.
6.7
6.7
Conceptos genéricos de las válvulas de expansión termostáticas
147
CONCEPTOS GENÉRICOS DE LAS VÁLVULAS DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICAS
La temperatura de evaporación debe caer en el margen de la válvula. La válvula debe tener la capacidad suficiente a las temperaturas de evaporación y condensación de la instalación. En apartados anteriores hemos comentado que el rendimiento de estas válvulas depende de la diferencia de estas presiones. Pero puede ocurrir que este valor se vea modificado, por ejemplo, que la presión a la entrada disminuya, porque el diámetro de la tubería sea más pequeño, o bien por el trazado, los elementos o que la válvula se instale a una altura considerable respecto a la máquina (por el peso de la columna de líquido). Dada la importancia de esto último, para mejor entendimiento realizaremos un caso práctico.
Ejemplo de aplicación Supongamos una instalación que trabaja con fluido refrigerante R-22, y el evaporador se encuentra 9 m por encima del condensador. La temperatura de condensación (tc) es de 28 ºC. En las tablas del fluido R-22 obtenemos los siguientes datos: Entrando con la tc de 28 ºC ⇒ p = 10,6 kg/cm2 ⇒ peso específico (γ) = 1,194 g/cm3 Una columna de líquido de 1 m (100 cm) ejerce una presión de 100 cm × 1,194 g/cm3, por lo tanto 9 m = 900 cm, será de 900 cm x 1,194 g/cm3 = 1074 g/cm2 = 1,074 kg/cm2 Restando este valor a la presión de condensación, obtenemos: 10,6 kg/cm2 – 1,074 kg/cm2 = 9,52 kg/cm2 que le corresponde una temperatura (tablas) de 25 ºC. Si la temperatura ambiente que rodea a la tubería de líquido es superior a la determinada, entonces por transmisión, el líquido se calentará por encima de lo que corresponde a su presión y formará gas. La alimentación de la válvula termostática será una mezcla de líquido y gas, y disminuirá su rendimiento. Para solucionar este inconveniente, habría que aumentar su presión de condensación, ya sea reduciendo el caudal de agente condensante, subenfriando el líquido o instalando reguladores, como veremos en el capítulo 7.
148
6.8
Capítulo 6 Dispositivos de expansión
VÁLVULAS DE EXPANSIÓN DE FLOTADOR
En el capítulo de los evaporadores hemos comentado que en los del tipo “inundado”, el fluido refrigerante se encuentra en estado líquido a la entrada y salida de los mismos. Estos evaporadores son alimentados mediante dispositivos de expansión denominados “válvulas de flotador”. El flotador se encarga de regular el nivel de líquido refrigerante, actuando sobre una válvula cuyo orificio de entrada es el que produce la expansión del fluido. De hecho, si fuera necesario cambiar las condiciones del fluido (temperaturas de expansión más bajas), se podría realizar cambiando el tamaño del orificio. Estas válvulas se clasifican en válvulas de alta o baja presión, según su posición en la instalación, es decir en el lado de alta o de baja presión.
6.8.1
Válvula de baja presión
Su misión es mantener el nivel de líquido en el evaporador, bien sea directamente sobre el evaporador o por medio del separador de líquido, como se representa la figura 6.17. La válvula de flotador recibe el fluido en estado líquido del recipiente. La expansión se produce a través del orificio. Por lo tanto, la interpretación del funcionamiento es la siguiente: A la entrada de la válvula el fluido se encuentra en estado líquido, procedente del recipiente. Sufre una expansión, con lo cual en el interior de la envolvente de la válvula, se encuentra en estado de gas y líquido a baja presión.
Del recipiente de líquido
Aspiración del compresor
Orificio de expansión Separador del líquido
Válvula del flotador Evaporador
Cámara Figura 6.17 Instalación de la válvula de baja presión.
6.8
Válvulas de expansión de flotador
149
Como el separador de líquido es alimentado por la válvula, se encuentra en las mismas condiciones por ello están perfectamente aislados. El evaporador es alimentado con fluido en estado líquido a la misma temperatura que se expansionó; pero podría estar a una temperatura más baja si el líquido sufriera otra expansión posterior. Al bajar el nivel de líquido en el separador, según sea por la demanda del evaporador o bien por la aspiración del compresor, también baja en el recipiente de la válvula y el flotador abre dando entrada al fluido refrigerante, hasta que alcanza el nivel de regulación y cierra. La aspiración del compresor se realiza por la parte superior del separador, donde el fluido está en estado de vapor.
6.8.2
Válvula de alta presión
Suele ir montada en el recipiente de líquido (Fig. 6.18). Cuando el nivel del líquido en el recipiente sube, el flotador abre la válvula y da paso de fluido expansionado al evaporador. Por lo general se usan para alimentar evaporadores de carga constante, ya que al actuar en la alta presión, dan paso de fluido independientemente de la que realmente necesite el evaporador. Como en el caso anterior, al cambiar el orificio de la válvula se cambian las condiciones de expansión del fluido.
Del compresor Condensador
Recipiente de líquido
Al evaporador Figura 6.18 Instalación de la válvula de alta presión.
150
6.8.3
Capítulo 6 Dispositivos de expansión
Conclusiones
La válvula de baja presión abre cuando el nivel del líquido baja. La válvula de alta presión abre cuando el nivel del líquido sube.
C A P I T U L O
7
Reguladores Introducción Son elementos que mejoran el funcionamiento de la instalación, adaptando ésta en cada momento a las necesidades reales. Con objeto de ver su aplicación y funcionamiento, estudiaremos varios tipos de los reguladores más utilizados. Como características comunes, diremos que cuando se tengan que montar en las tuberías mediante soldadura, debemos evitar la acción de la llama en las válvulas, para no dañarlas. Incluso es conveniente protegerlas envolviéndolas en un paño mojado. Por lo general pueden montarse en cualquier posición, siempre que se respete el sentido de circulación del fluido indicado por el fabricante. Es importante disponer de la documentación técnica de los fabricantes, ya que en la misma se indica la variación de presión, por ejemplo en bares, que corresponde a cada vuelta del tornillo de regulación, con lo cual se agiliza la operación de la regulación.
7.1
REGULADOR DE PRESIÓN DE EVAPORACIÓN
Este regulador (Fig.7.1) se monta en la tubería de aspiración, después del evaporador (Fig. 7.2), y se utiliza para mantener una presión de evaporación constante y, por lo tanto, para mantener una temperatura constante en la superficie del evaporador.
151
152
Capítulo 7 Reguladores
Características: Protege contra una presión de evaporación demasiado baja. Efectúa un control modulante. El regulador cierra cuando la presión en el evaporador disminuye por debajo de la ajustada. Abre cuando aumenta la presión a la entrada del regulador.
Conexión ext.
Entrada Salida Figura 7.1 Regulador de presión de evaporación.
Regulador de presión de evaporación
Aspiración del compresor Figura 7.2 Instalación del regulador de presión de evaporación.
Para regularlo (Fig. 7.3) tiene una toma en la que se coloca un manómetro que nos indica la presión a la entrada, es decir, la presión en el evaporador. Mediante el tornillo de regulación, variamos su ajuste. De tal manera que si apretamos el tornillo la tensión del resorte aumenta y necesitaremos más presión en el evaporador para que pueda abrir la válvula. Si aflojamos se produce el efecto contrario. Suele instalarse en sistemas con varios evaporadores a distintas temperaturas. Por ejemplo en una instalación de dos cámaras (+2 ºC y –20 ºC), la válvula se instalaría en la salida del evaporador de temperatura más alta (+2 ºC). También se suele emplear en instalaciones de aire acondicionado.
Tornillo de regulación
Toma
Figura 7.3 Ajuste del regulador de presión.
7.1
Regulador de presión de evaporación
153
Ejemplo de aplicación La figura 7.4 es la de una instalación típica de dos cámaras que utilizan esta válvula. Solamente se han representado los elementos que intervienen directamente con las cámaras (A y B). La cámara B es para mantener un producto a –20 ºC, y a la salida del evaporador solamente tiene la válvula de corte (1) para incomunicar el evaporador, por ejemplo, en caso de avería en el mismo. La cámara (A) puede trabajar con dos temperaturas (+2 ºC y –20 ºC), según lo que queramos mantener en ella. A la salida del evaporador también tiene una válvula de corte (2), para incomunicar el evaporador si fuera necesario.
6
6
7
7
A
2
3
4
B
1
5
Del recipiente de líquido
Aspiración del compresor
Figura 7.4 Instalación frigorífica con dos cámaras a distintas temperaturas.
Por lo tanto: 1. Si, por ejemplo, queremos mantener en la cámara A una temperatura de +2 ºC, este evaporador tendría las válvulas de la siguiente manera: Válvula (2) abierta. Válvula de presión constante (3) abierta. Válvula (4) abierta. Válvula (5) cerrada, lo que obliga al compresor a aspirar del evaporador a través de la válvula de presión constante.
154
Capítulo 7 Reguladores
2. En el caso de que se necesitara que la misma cámara A trabajara con una temperatura de –20 ºC, entonces las válvulas estarían de la siguiente manera: Válvula (2) abierta. Válvula (4) cerrada. Válvula (5) abierta, con lo que el compresor aspiraría del evaporador a través de (5) y la presión de evaporación sería más baja, la adecuada para mantener el producto a la temperatura de –20 ºC. La cámara B (–20 ºC) siempre trabajaría en las mismas condiciones, independientemente de la temperatura de la cámara A (ya sea +2 ºC ó –20 ºC).
Nota Los elementos 6 y 7, representan las válvulas de solenoide y de expansión termostáticas con igualador externo, respectivamente.
7.2
REGULADOR DE PRESIÓN DE ASPIRACIÓN
Este regulador (Fig. 7.5) se monta en la tubería de aspiración, antes del compresor (Fig. 7.6). Protege al Salida motor del compresor contra sobrecargas durante el arranque después de largos períodos de parada. También lo protege contra los aumentos de presión debidos a los ciclos de desescarche que conllevan Entrada aumentos de presión en el evaporador por aportación de calor para eliminar el hielo. Figura 7.5 Regulador de El regulador abre cuando disminuye la presión de presión de aspiración. aspiración. Es decir, funciona según la presión a la salida del regulador. La regulación se efectúa actuando sobre el tornillo de regulación.
Regulador Tornillo de regulación Compresor Aspiración Figura 7.6 Instalación del regulador de presión de aspiración.
7.3
7.3
Regulador de presión de condensación
155
REGULADOR DE PRESIÓN DE CONDENSACIÓN
En el apartado de las válvulas de expansión termostáticas habíamos comentado que el rendimiento de las mismas era función de las diferencias entre las presiones de condensación y evaporación. Cuanto mayor sea esta diferencia, mayor rendimiento tienen las válvulas. En instalaciones que emplean condensadores por aire, cuando la temperatura del aire ambiente disminuye, por ejemplo en invierno, la presión de condensación también disminuye y Entrada el rendimiento baja. Para evitar este inconveniente, se instalan estos reguladores (Fig. 7.7), Salida ya que mantienen una presión de condensación y de recipiente constantes. De otro modo tenFigura 7.7 Regulador de dríamos que sobredimensionar del orden de un presión de condensación. 30% la capacidad de la válvula de expansión.
Condensador
Compresor
3 1 2
Recipiente de líquido Figura 7.8 Instalación del regulador de presión de condensación.
En la instalación de la figura 7.8, al cerrar el regulador (2) con objeto de aumentar la presión de condensación, la presión en el recipiente disminuye por la alimentación de los evaporadores, con lo cual abriría la válvula diferencial (1) (Fig. 7.9), y entraría en el recipiente vapor recalentado a alta presión.
Figura 7.9 Válvula diferencial.
156
Capítulo 7 Reguladores
El regulador abre al aumentar la presión de entrada, que es la presión de condensación. Tiene una toma para colocar el manómetro (3), para que podamos regular la presión de condensación.
7.4
REGULADOR DE CAPACIDAD
Los reguladores de capacidad (Fig. 7.10) se utilizan para mantener una carga uniforme en el compresor, independientemente de la carga real del evaporador. Se instalan entre la aspiración y la descarga, uniendo éstas (Fig. 7.11). Impide que la presión de aspiración caiga por debajo de los valores establecidos. Cuando esto ocurre, la válvula abre y el vapor de descarga entra en la aspiración del compresor, elevan su presión y, por lo tanto, aumenta su capacidad. Puesto que al caer la presión de aspiración, la capacidad de refrigeración disminuye, abre al disminuir la presión de aspiración. Su regulación se efectúa mediante el tornillo de regulación.
Salida Figura 7.10 Regulador de capacidad.
Regulador de capacidad
Aspiración
Descarga
Compresor Figura 7.11 Instalación del regulador de capacidad.
7.5
7.5
Válvulas para control de agua
157
VÁLVULAS PARA CONTROL DE AGUA
Estas válvulas (Fig. 7.12) se emplean en instalaciones de refrigeración con condensadores de agua, con objeto de controlar la cantidad de agua estrictamente necesaria para efectuar la condensación. Van instaladas en la tubería de entrada de agua al condensador (Fig. 7.13). En instalaciones marinas no es habitual montar estas válvulas pero sí en plantas de refrigeración y equipos de aire acondicionado. La regulación es modulante y se puede conseguir una Figura 7.12 Válvula presión de condensación prácticamente constante. de agua controlada El control de estas válvulas, puede ser por temperatura por presión. o por presión. Las válvulas controladas por presión, tienen el elemento de detección conectado a la tubería de descarga del compresor. Las válvulas controladas por temperatura, tienen el bulbo termostático conectado a la tubería de salida de agua del condensador. Cuando para la instalación, la válvula cierra el paso de agua al condensador.
Entrada de fluido Salida fluido Salida de agua
Entrada de agua
Condensador
Figura 7.13 Instalación de una válvula de agua controlada por presión.
C A P I T U L O
8
Manejo de las instalaciones Introducción En este capítulo comentaremos las características de algunos de los elementos más utilizados, su interpretación, manejo y operaciones más comunes que se realizan en las instalaciones. Conceptos prácticos que nos ayudarán en la manipulación de las instalaciones.
8.1
MANÓMETROS
Nos dan una información muy importante del funcionamiento de las instalaciones. Como sabemos, en todo circuito frigorífico hay que distinguir alta y baja presión. Por lo tanto, tenemos un manómetro para alta y otro para baja presión. Sus principales características son: a. Lo que diferencia a un manómetro de alta de uno de baja presión, está en los valores de sus escalas: En el manómetro de baja presión, suele estar comprendida entre –1/+10 bar En el manómetro de alta presión, va de 0 a 35 bar b. Se distinguen por sus colores: El manómetro de baja presión es de color azul El manómetro de alta presión es de color rojo.
159
160
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
c. En todo manómetro hay que distinguir varias escalas: Una correspondiente a las presiones Y dos o tres más, que corresponden a las temperaturas de otros tantos fluidos refrigerantes. La disposición de las escalas puede variar, ya que la de presión puede ser la interior y las de las temperaturas las exteriores. O bien la de presión es la exterior y las de temperaturas las interiores.
Ejemplo de aplicación Supongamos que el manómetro de la figura 8.1 está montado en una instalación en funcionamiento. Según lo comentado anteriormente, se trata de un manómetro de baja presión porque la escala de presiones (la exterior) es de –1 a +10 bar. La interpretación de su lectura sería la siguiente:
Si la instalación trabajara con fluido R-22, la presión de aspiración es de 4 bar. Y la temperatura de aspiración (evaporación) es de 0 ºC
Si el fluido utilizado fuese R-404 a, la presión de aspiración es de 4 bar. Y la temperatura de aspiración (evaporación) es de –5 ºC
Con fluido R-134 a, la presión es de 4 bar y la temperatura de 16 ºC De lo que se deduce que:
El manómetro de baja presión nos indica la presión y temperatura de evaporación.
4 3
20
10 2 0
0 –20
–10
10
–20 –30 –40
1
0
0
20
R-22 R-404 a ºC R-134 a –1
bar
10
Figura 8.1 Lectura de un manómetro.
7
8.2
Analizador
161
El manómetro de alta presión nos indica la presión y temperatura de condensación (que tal como hemos comentado en capítulos anteriores, a efectos prácticos, es la presión de descarga, pero la temperatura es la de condensación; NO la de descarga). Los manómetros de los analizadores son de las mismas características que los de las instalaciones.
8.2
ANALIZADOR
También conocido como puente de manómetros (Fig. 8.2 y 8.3). Es uno de los útiles más empleados en refrigeración. Nos sirve para “comunicarnos” con el circuito, ya que al conectarlo se pueden realizar operaciones tales como: Comprobar las presiones de trabajo Meter y sacar fluido refrigerante Hacer vacío a un determinado tramo de la instalación o a su totalidad Consta de un cuerpo (analizador) que, por lo general, tiene: Dos válvulas (una de color azul y la otra de color rojo). La disposición de las válvulas puede ser frontal o lateral Dos manómetros (de alta y baja presión) Un juego de tres mangueras (azul, roja y amarilla) Una mirilla en la parte central
Manómetro de baja presión (color azul)
Figura 8.2 Analizador.
Manómetro de alta presión (color rojo)
Válvula de baja presión (color azul)
Válvula de alta presión (color rojo)
Manguera Manguera Manguera azul amarilla roja Figura 8.3 Esquema del analizador.
162
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
En el esquema se puede observar que al estar las dos válvulas abiertas, entonces están comunicadas la baja presión, la alta y la manguera amarilla (que estará conectada a la bomba de vacío o a la botella de refrigerante). Manguera azul La conectamos a un punto del circuito de baja presión, por ejemplo a la válvula de servicio de aspiración del compresor, y con la válvula del analizador cerrada, el manómetro nos marca la presión de aspiración del compresor, puesto que al cerrar la válvula, impide que el fluido pase hacia las mangueras amarilla y roja. Manguera roja La conectamos a un punto del circuito de alta presión, por ejemplo a la válvula de servicio de descarga (también a su toma exterior), y con la válvula del analizador cerrada, el manómetro nos indica la presión de descarga, así como la temperatura de condensación. Manguera amarilla Es para realizar las operaciones que se consideren oportunas, como por ejemplo, conectarla a la bomba de vacío o a la botella de refrigerante por si queremos meter o sacar carga, etc. En los apartados siguientes veremos ejemplos de sus aplicaciones.
8.3
BOTELLAS DE REFRIGERANTE
Las que son de pequeña capacidad suelen llevar una sola válvula en la parte superior (Fig. 8.4). Si se abre la válvula, estando la botella en posición normal, sale fluido en estado de gas. Si se le da la vuelta a la botella, entonces al abrir la válvula sale el fluido en estado líquido. Las de grandes capacidades llevan dos válvulas en su parte superior, y en ellas está indicado si corresponde a gas o a líquido. Todas las botellas en su parte exterior tienen timbradas las capacidades (kg) que pueden almacenar, según el tipo de fluido refrigerante. Este dato es importante, por ejemplo, Figura 8.4 Botella para la carga de la misma o para casos de vaciado de instade refrigerante. laciones. No es conveniente almacenarlas en locales que estén sometidos a altas temperaturas, ya que influiría sobre la presión del fluido (aumentándola), ni que se vacíen del todo, ya que al igualarse con la presión atmosférica, entraría aire y en tal caso, antes de llenarla habría que hacerle vacío.
8.4
Dosificador
163
Comprobación del fluido refrigerante que contiene la botella
Cuando se trabaja con distintos fluidos refrigerantes, puede ocurrir que se presente la duda del fluido que contiene cada botella. Para aclarar esa duda, se puede realizar la siguiente operación:
Ejemplo de aplicación En un mismo local, tenemos dos instalaciones que trabajan con fluidos refrigerantes distintos: una con R-22 y la otra con R-134 a. Se quiere comprobar si la botella es de uno u otro fluido. Para ello: 1. Con un termómetro se mide la temperatura ambiente que rodea a la botella de carga. 2. Se conecta un manómetro a la botella de carga y se mide la presión. 3. El manómetro marca una presión y varias temperaturas. 4. La temperatura que corresponda con la del ambiente, es la que corresponde al fluido que contiene. Es decir, si la temperatura ambiente es de 20 ºC, el manómetro marca una presión de 8,3 kg/cm2, entonces el fluido es R-22. Si el fluido fuese R-134 a, se tendría una presión de 4,7 kg/cm2.
Nota El fluido R-134 a es de características similares a las del fluido que sustituye (R-12).
8.4
DOSIFICADOR
Se usa para la carga de fluido en pequeñas instalaciones (refrigeración doméstica, comercial, equipos autónomos de climatización y aire acondicionado de vehículos principalmente). Es un recipiente cilíndrico (Fig. 8.5) rodeado a su vez por otro cilindro de plástico transparente y giratorio, que tiene grabadas las escalas, en gramos, de distintos fluidos, por ejemplo, de R-134 a/ 404 A/407C. Y un nivel que indica la cantidad de fluido contenido. Con el dosificador se puede meter la carga exacta en el circuito, ya que la escala de cada fluido está en gramos. Manejo del dosificador
Si se quiere meter carga en estado de gas, se conecta la manguera de carga a la válvula superior y el otro extremo al lado de baja presión (aspiración del compresor). Para meter la carga en estado líquido, se conecta la manguera a la válvula inferior. El manómetro indica la presión del recipiente. Es recomendable recargarlo cuando la presión sea ligeramente superior a la atmosférica y no dejar que se vacíe totalmente, pues habría que hacer vacío antes de recargarlo de fluido refrigerante
164
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
Manómetro Válvula superior
Válvula de seguridad Medidor de nivel
gramos R-134a 200 150 100 50
Válvula inferior Figura 8.5 Dosificador.
En la parte superior está instalada la válvula de seguridad. Con objeto de facilitar la operación de carga, suelen disponer de una pequeña resistencia eléctrica que produce un calentamiento y, por tanto, un aumento de presión del fluido. Nota En este esquema las válvulas de carga (de gas y de líquido) son de paso recto; pero nos podemos encontrar dosificadores cuyas válvulas sean del tipo “obús”, aunque las operaciones se efectúan de la misma manera. La válvula obús (Fig. 8.6) se utiliza mucho en instalaciones domésticas y comerciales, así como también en equipos autónomos de aire acondicionado.
Figura 8.6 Válvula obús.
8.5
BOMBA DE VACÍO
Es otro elemento imprescindible en las instalaciones de refrigeración, tanto si se trata de nuevas instalaciones, para su puesta en marcha, como para la realización de operaciones de mantenimiento. Su función consiste en eliminar el aire y la humedad, cuyo origen y consecuencias ya hemos estudiado en capítulos anteriores. Pueden ser de simple o doble efecto. Es muy importante vigilarles el nivel del aceite, así como la sustitución del mismo según las instrucciones del fabricante. En las figuras 8.7 y 8.8 se pueden observar una bomba de vacío y un equipo portátil, muy utilizado en las instalaciones de pequeñas capacidades, que se compone de una bomba de vacío, dosificador, analizador y mangueras.
8.6
Figura 8.7 Bomba de vacío.
8.6
Válvulas de intervención
165
Figura 8.8 Equipo de carga y vacío.
VÁLVULAS DE INTERVENCIÓN
Cuando se trabaja en instalaciones de pequeña capacidad, como instalaciones domésticas y comerciales, estos circuitos suelen ser en “serie”, es decir que cada elemento va soldado al siguiente y, por lo general, no tienen válvulas ni accesorios Conexión para realizar intervenciones en los mismos. exterior Estas válvulas (Fig. 8.9) son de gran utilidad, ya que mediante su colocación (Fig. 8.10) Aguja perforadora se puede “acceder” al circuito, para realizar operaciones tales como meter fluido refrigerante, comprobar presiones, purgar, etc., sin Figura 8.9 Válvula de intervención. necesidad de cortar la tubería para instalar una válvula u otro dispositivo. Una vez instalada la válvula en el tramo de la tubería que hayamos elegido, el proceso será el siguiente: 1. Al cerrar la válvula, mediante una llave allen o con el mismo volante de la válvula, según el tipo, se hace un agujero (mediante la aguja perforadora) en la tubería. 2. Al estar cerrada la válvula, se conecta a la toma exterior el analizador o la botella de carga.
Figura 8.10 Montaje de la válvula de intervención.
166
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
3. A continuación se abre la válvula, y queda comunicado el interior del circuito con el exterior, procediendo a realizar la operación de que se trate. 4. Al finalizar, se cierra la válvula, se saca la manguera y se coloca el tapón roscado (tapón de cierre). 5. Se abre la válvula y se deja en esa posición para que el circuito siga trabajando normalmente. Una vez realizado el agujero, la válvula debe quedar instalada en ese punto.
8.7
DETECTORES DE FUGAS
Las fugas pueden ser debidas a un error en el montaje, por ejemplo, una soldadura mal realizada, o producirse durante el funcionamiento de la instalación. En este último caso, principalmente son por falta de mantenimiento adecuado, ya que, por ejemplo, la existencia de aire o de humedad favorecen los problemas de corrosión y, por lo tanto, el deterioro de ciertos elementos que sometidos a las presiones de trabajo provocan poros en tuberías, que dan lugar a fugas del fluido refrigerante. Las fugas implican disminuciones de las presiones de trabajo, y en el visor veríamos pasar burbujas. Antes de proceder a la carga de fluido, se deben localizar las fugas y solucionarlas. La detección de las fugas por su olor es bastante difícil en el grupo de los “freones” y no tanto con el amoníaco. Uno de los síntomas que indican que hay fugas en un punto del circuito es cuando se encuentra aceite en el exterior del elemento o tramo de tubería. Para la localización de las fugas se puede recurrir a varios tipos de detectores, entre los que cabe citar: a) Lámpara halógena
Consta de una botella de butano que calienta un filamento de cobre, y en un extremo tiene un tubo de goma que lo orientamos hacia los puntos que queramos comprobar (Fig. 8.11). En caso de encontrar una fuga de fluido refrigerante, la llama de la botella que es de color azul cambia al verde. La intensidad del color es función de la cantidad de fluido que detecte.
Figura 8.11 Lámpara halógena.
8.8
Válvulas de servicio
167
b) Detector electrónico de fugas
Estos detectores (Fig. 8.12) tienen una gran precisión. Por su gran sensibilidad, son muy adecuados para la detección de fugas muy pequeñas. Los diferentes tipos de aplicación dependen del fluido (HCFC, 134 a, NH3, etc.). Las señales que emiten son acústicas y visuales. Figura 8.12 Detector electrónico de fugas.
c) Agua jabonosa
Es el método clásico, más antiguo. Consiste en formar agua jabonosa en un pequeño recipiente y a mano o con la ayuda de un pequeño pincel, se cubre el elemento o punto de la instalación a comprobar. En caso de detectarse alguna fuga, se formarán burbujas. d) Listoncitos de madera impregnados de azufre
En instalaciones de amoníaco se suelen emplear listoncitos de madera impregnados de azufre, que al ponerse en contacto con el amoníaco entra en combustión y arden. Las fugas de este fluido se detectan fácilmente por su fuerte olor acre. También se emplean los detectores electrónicos, de gran sensibilidad y, por lo tanto, muy útiles para la localización de fugas muy pequeñas. e) Introducción de cápsulas fluorescentes en el circuito
Consiste en la introducción en el circuito de un aditivo fluorescente de acuerdo con el fluido refrigerante de la instalación. A continuación se realiza un chequeo de la instalación con una lámpara U.V. Es un sistema de gran precisión.
8.8
VÁLVULAS DE SERVICIO
Se emplean en compresores herméticos, semiherméticos y abiertos. Pueden ser de aspiración o de descarga. En la figura 8.13 se pueden ver dichas válvulas montadas en un compresor. Son válvulas de tres vías que comunican el interior del circuito con el exterior para poder realizar operaciones tales como comprobar presiones o meter carga refrigerante.
168
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
Figura 8.13 Compresor abierto, en el que destacan las dos válvulas de servicio.
Es muy importante conocer su manejo, pues de lo contrario podemos crear problemas en la instalación, tales como meter aire o perder fluido refrigerante. Para la manipulación de estas válvulas se utilizan llaves de chicharra (carraca), como la mostrada en la figura 8.14.
8.8.1
Figura 8.14 Llave de carraca.
Válvulas de servicio de aspiración
Tal como se aprecia en la figura 8.13, están montadas en el mismo compresor. En la figura 8.15 tenemos: La conexión (A), que es la aspiración del compresor Una segunda conexión (B), que une la válvula con la tubería de baja presión procedente del evaporador.
8.8
Válvulas de servicio
169
Y la tercera conexión (C), de tapón roscado, es para la comunicación con el exterior, a la que podemos acoplar, por ejemplo, un analizador para meter carga en estado de gas o un manómetro para comprobar la presión de aspiración del compresor.
A
Capuchón de cierre del vástago de la válvula
B
C
Tuerca de cierre (tapón), de la toma exterior
Junta
Conexión tubería de aspiración
Figura 8.15 Válvula de servicio de aspiración.
8.8.1.1
Funcionamiento de la válvula 1. Al abrir totalmente la válvula, el compresor y la tubería de baja presión (evaporador) están comunicados; pero la toma exterior está incomunicada (cerrada). 2. Al cerrar totalmente la válvula, el compresor y la tubería de baja presión (evaporador) están incomunicados; pero la toma exterior está comunicada con el compresor. 3. Siempre que la válvula no esté ni cerrada ni abierta en su totalidad, estarán las tres conexiones comunicadas, es decir, el compresor, el evaporador y la toma exterior estarán comunicados.
Ejemplo de aplicación Supongamos una instalación que está en funcionamiento y se quiere conectar el manómetro a la válvula de servicio de aspiración para comprobar la presión de aspiración. La operación se puede realizar de la siguiente manera: 1. Se saca el capuchón de cierre del vástago de la válvula y comprueba que esté abierta en su totalidad. Para ello, se gira el vástago de la válvula a fondo (en sentido contrario a las agujas del reloj). 2. Se saca el tapón de la toma exterior de la válvula, pues ésta está cerrada (incomunicada), y se conecta el manómetro. 3. Se cierra la válvula un poco (en sentido de las agujas del reloj) y el manómetro ya marcará la presión de aspiración. Evidentemente, el compresor no se parará, ya que sigue aspirando fluido del evaporador porque las tres conexiones están comunicadas. 4. Para sacar el manómetro, se abre totalmente la válvula y se procede a su desconexión. 5. Al finalizar la operación, se vuelve a poner el tapón roscado en la toma exterior y el capuchón del vástago.
170
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
Nota Al manipular las válvulas de servicio es muy importante que antes de actuar sobre el vástago se abra un poco el prensa (despegar un poco de su asiento), para evitar posteriores fugas. Al finalizar las operaciones, se apretará nuevamente a fondo el prensa. Asimismo, la válvula de servicio de aspiración se emplea para realizar la carga de la instalación con fluido refrigerante en estado de gas. Como es una operación que debe realizarse con mucha frecuencia, y dada su importancia, en el siguiente apartado se detallan los pasos a seguir. Operación de carga de una instalación con fluido refrigerante en estado de gas La carga se puede realizar conectando directamente la botella del refrigerante a la válvula de servicio, pero en este caso lo haremos a través del analizador (Fig. 8.16). 1. Se conecta la manguera azul a la toma exterior de la válvula de servicio de aspiración sin apretar la conexión a fondo. 2. Se comprueba que la válvula roja del analizador esté cerrada. Se abre la válvula azul del analizador. 3. Se abre despacio la válvula de la botella de refrigerante. 4. Se realiza el “purgado” de toda la línea (que consiste en eliminar el aire que contienen las mangueras, desde la botella hasta la conexión en la válvula de servicio). Cuando salga refrigerante, se aprieta a fondo la conexión en la toma exterior de la válvula de servicio.
Válvula de servicio de aspiración
Descarga
Aspiración
Válvula azul
Analizador Válvula roja
R-22 Botella refrigerante Figura 8.16 Carga de fluido refrigerante a través del analizador.
8.8
Válvulas de servicio
171
5. Se abre despacio la válvula de servicio de aspiración. Ya se está realizando la carga de fluido refrigerante. 6. Al cerrar la válvula azul del analizador, se interrumpe la entrada del fluido refrigerante. La presión que marca el manómetro, es la presión de aspiración del compresor, lo que nos da una referencia de la carga introducida. 7. Al finalizar la carga, y para que el compresor aspire todo el fluido de las mangueras, se procede de la siguiente manera: a) Se cierra válvula de la botella de refrigerante. b) Se abre totalmente la válvula de servicio de aspiración. Nota Para saber exactamente la cantidad de fluido refrigerante introducido se puede realizar de varias maneras: Se pesa la botella de refrigerante antes y después de la operación. Se hace la carga con un dosificador. Se coloca la botella de refrigerante en una báscula de precisión para saber en cada momento la carga introducida. No hay que confundir la válvula de servicio de aspiración con la válvula de maniobra de tres vías, cuyas características y funcionamiento detallamos a continuación.
8.8.1.2
Válvula de maniobra de tres vías
Se utiliza en instalaciones de pequeña capacidad, con compresores herméticos, y aunque vayan montadas (soldadas) a la línea de aspiración del compresor, su funcionamiento es distinto al de las anteriores. Para una mejor comprensión de su manejo, determinaremos sus tres conexiones (Fig. 8.17): La 1, soldada a la aspiración del compresor, que llamaremos “vía del compresor”. La 2, que es roscada, se conecta a la línea de baja presión procedente del evaporador y la llamaremos “vía del evaporador”.
2
1 3 4 Figura 8.17 Válvula de maniobra de tres vías.
172
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
La 3 es una conexión de 1/4”, que es la vía exterior El elemento 4 de la válvula es para fijarla a la bancada con objeto de facilitar su manipulación.
8.8.1.2.1
Funcionamiento de la válvula
Cuando la válvula está totalmente abierta, el compresor y el evaporador están comunicados entre sí, pero la toma exterior está incomunicada (cerrada). Solamente con cerrar un poco la válvula, ya están las tres conexiones comunicadas. Por lo que si hemos conectado un manómetro a la toma exterior, indicará la temperatura y presión de aspiración. Si la válvula está totalmente cerrada, el compresor y el evaporador están incomunicados entre sí, pero el evaporador está comunicado con el exterior (por ejemplo, al manómetro que hayamos conectado). En esta posición de la válvula, se puede apreciar la diferencia con la válvula de servicio de aspiración, ya que si tenemos conectado el manómetro de aspiración, si la válvula está cerrada, el manómetro indicará la presión en el evaporador, pero el compresor podría entrar en vacío pues no sabríamos la presión de aspiración. Si la toma exterior (3) no está en servicio, es conveniente colocarle el tapón de cierre, así como el capuchón en el vástago.
8.8.1.3
Válvula de servicio de descarga Se monta en la misma descarga del compresor (atornillada a éste). Como en el caso anterior cabe distinguir (Fig. 8.18): La entrada de la válvula (A), que es la descarga del compresor y que en adelante llamaremos a esta conexión “compresor”. La segunda conexión (B) se conecta a la línea de descarga, y la llamaremos “condensador”, Y la tercera conexión (C), que lleva un tapón roscado de 1/4”, es la toma exterior.
C
B
A
Figura 8.18 Válvula de servicio de descarga.
8.8
8.8.1.3.1
Válvulas de servicio
173
Funcionamiento
1. Cuando la válvula está totalmente abierta, el compresor y el condensador están comunicados entre sí, pero la toma exterior está incomunicada (cerrada). 2. Cuando la válvula está totalmente cerrada, el compresor y el condensador están incomunicados, pero el compresor está comunicado con la toma exterior (para que se pueda conectar un manómetro, analizador, etc.). 3. Siempre que la válvula no esté totalmente a fondo, en sus posiciones de abertura o cierre, las tres conexiones estarán comunicadas.
Ejemplo de aplicación Queremos comprobar la presión de descarga mediante la colocación de un manómetro en la válvula de servicio de descarga. Para ello se hace lo siguiente: 1. Se comprueba si la válvula está totalmente abierta, se saca el capuchón del vástago y abre (sentido contrario a las agujas del reloj) totalmente la válvula, con lo que la toma exterior queda incomunicada. 2. Se saca el tapón roscado de la toma exterior y se conecta el manómetro. 3. Se cierra un poco (sentido de las agujas del reloj) la válvula. Ya están las tres conexiones comunicadas y el manómetro indicará la presión de descarga. 4. Para sacar el manómetro: a. Se abre totalmente la válvula, con lo que la conexión exterior queda incomunicada del circuito y se puede desconectar el manómetro. b. Se coloca nuevamente el tapón de la toma exterior y a continuación se rosca el capuchón del vástago de la válvula, con lo cual finaliza la operación.
Es importante que cuando no se utilice la toma exterior, el tapón de cierre esté roscado así como también el capuchón del vástago de la válvula, para asegurarnos de que no haya fugas ni problemas posteriores de humedades.
8.8.1.4
Válvula rotalock
En las unidades condensadoras, el recipiente de líquido lleva soldada, a la salida, una válvula de 3 vías conocida como “válvula rotalock” (1) (Fig. 8.19 y 8.20)).
8.8.1.4.1
Funcionamiento
Cuando la válvula está totalmente cerrada, la salida del recipiente (al evaporador) está cerrada; pero la toma exterior y el recipiente están comunicados, con lo que se puede meter o sacar fluido, comprobar presiones de alta, etc.
174
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
Cuando la válvula está totalmente abierta, el recipiente está comunicado con el evaporador, pero la toma exterior está incomunicada, y se aprovecha para conectar el analizador, el manómetro, etc. A continuación se cierra un poco la válvula y ya están las tres comunicadas, y, el manómetro, por ejemplo, ya indica la presión. Si se quiere sacar el manómetro, se abre totalmente la válvula y al quedar la toma exterior incomunicada se puede sacar el manómetro, quedando el recipiente y el evaporador comunicados.
Figura 8.19 Válvula rotalock montada en un recipiente de líquido.
En este tipo de instalaciones con válvula rotalock, es conveniente colocar una válvula de carga, ya que de lo contrario nos podemos encontrar en condiciones de no poder cargar la instalación por líquido, como veremos a continuación en un caso real.
Conexión exterior
Conexión al recipiente de líquido
Salida de líquido del recipiente Figura 8.20 Válvula rotalock.
Ejemplo de aplicación Queremos cargar con líquido refrigerante, la instalación de la figura 8.21, que sólo representa los elementos que intervienen directamente, y que funciona en las siguientes condiciones:
Fluido refrigerante R-22 Presión de aspiración: 1 kg/cm2 Presión de descarga: 12 kg/cm2 Disponemos de una botella de carga de refrigerante, con una presión de 9 kg/cm2
8.8
Válvulas de servicio
175
Condensador Descarga del compresor
Vástago
Toma exterior Válvula rotalock
Recipiente de líquido Al evaporador
Filtro
Figura 8.21 Toma exterior de la válvula rotalock, para la conexión de la botella de carga.
Como la presión de descarga, y por tanto en el recipiente de líquido, es de 12 kg/cm2, no podemos meter carga en estado de líquido a través de la válvula rotalock, puesto que la presión de la botella de carga es inferior (9 kg/cm2). En cambio, si montamos la válvula de carga tal como muestra la siguiente figura 8.22, actuaríamos de la siguiente manera:
Condensador Descarga del compresor Válvula rotalock
Al evaporador Válvula de carga
Recipiente de líquido
Botella de carga R-22 Figura 8.22 Carga de refrigerante en estado líquido.
176
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
1. 2. 3. 4.
Conectamos la botella de carga de refrigerante a la válvula. Cerramos la válvula rotalock. El compresor al estar en funcionamiento, recoge el fluido en el recipiente de líquido. La presión después de la válvula rotalock comienza a disminuir y podemos entonces meter carga líquida abriendo la válvula. Dada la importancia que tiene esta operación, en el siguiente apartado se detallan los pasos a seguir. Operación de carga de fluido refrigerante en estado líquido El esquema de la figura 8.22 nos servirá de referencia para comprender los pasos a seguir. No es necesario parar la instalación. Si está en funcionamiento, como en este ejemplo, se facilita la operación, la cual se puede realizar de la siguiente manera: 1. Se conecta la botella de R-22, mediante la manguera, a la válvula de carga. La conexión de la manguera se realiza sin apretarla a fondo (parcialmente roscada). 2. Se abre despacio la válvula de la botella y cuando salga fluido refrigerante por la conexión de la manguera, se aprieta a fondo (se enrosca totalmente). Se hace así para eliminar el aire de la manguera, es decir “purgarla”. 3. Hay que asegurarse de que la toma exterior de la válvula rotalock tiene el tapón de cierre montado. 4. Se cierra la válvula rotalock. El compresor, al estar en funcionamiento, recoge el fluido en el recipiente de líquido. 5. Mediante el manómetro de aspiración se comprueba la caída de presión o también, cuando no se vea pasar líquido por el visor. 6. A medida que se recoge el fluido, la presión después de la válvula rotalock disminuye; por lo tanto, ya se puede abrir la válvula de carga y proceder a la carga. 7. Para finalizar la operación de carga: 7.1. Se cierra la válvula de la botella 7.2. Se cierra la válvula de carga 7.3. Se abre totalmente la válvula rotalock Una vez que el circuito funciona normalmente, se comprueba el nivel del refrigerante en el recipiente si dispone de nivel. Si no lo tuviese, se comprobará que por el visor no se vean burbujas, es decir, que está totalmente lleno de líquido.
Nota En las instalaciones, la válvula de carga siempre estará antes del filtro de humedad. En los procesos de carga, en caso de duda, siempre es preferible que la instalación quede con un poco menos de carga que la necesaria, a que se sobrecargue.
8.9
COMPROBACIÓN DE LA HERMETICIDAD
Cuando se finaliza el montaje de una instalación frigorífica, o cuando se haya realizado alguna reparación importante, hay que asegurarse de que no tenga fugas, es decir que el circuito esté perfectamente estanco (hermético). Para ello, hay que someter a la instalación a la prueba de la hermeticidad, que puede hacerse de dos maneras:
8.9
8.9.1
Comprobación de la hermeticidad
177
Realización de la prueba de vacío
La operación de vacío hay que realizarla en tres fases consecutivas, como se detalla a continuación: Supongamos que en la instalación de la figura 8.23 queremos realizar el vacío al tramo de instalación comprendido entre la válvula de aspiración del compresor y la válvula de salida del recipiente de líquido. 1. Se conecta la bomba de vacío, por medio del analizador, al tramo correspondiente del circuito. En el analizador, la válvula 1 estará abierta, y la válvula 2 estará cerrada. 2. Se comprueba que todas las válvulas de ese tramo están abiertas. 3. Se arranca la bomba de vacío 4. Al alcanzar la presión de 1,5 mm de Hg, se cierra la válvula 1 del analizador y se para la bomba. 5. En el tramo del circuito que se está operando y desde el punto más alejado de la conexión de la bomba se introduce, muy lentamente, nitrógeno seco hasta alcanzar una presión ligeramente superior a la atmosférica. Ese punto alejado
Condensador
Compresor
Filtro
Válvula 1
Válvula de carga Válvula 2
Recipiente de líquido
Nitrógeno seco Bomba de vacío Figura 8.23 Prueba de vacío.
178
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
podría ser la válvula para la carga de fluido en estado líquido, con lo que se romperá el vacío. A continuación, se cierra la válvula de la botella de nitrógeno así como la del circuito a la que está conectada la botella. 6. Se hace de nuevo el vacío hasta alcanzar 1,5 mm de Hg. Se cierra la válvula 1 del analizador y se para la bomba, por lo menos, una hora. 7. Transcurrido el tiempo de parada puede ocurrir: a) Que la presión aumente, es decir, que tienda a igualar la presión atmosférica. Entonces se hace vacío nuevamente y si se repite la lectura, quiere decir que existen fugas. Hay que detectarlas y solucionarlas. b) O bien que la presión permanezca constante. Entonces se hará vacío hasta 1 mm de Hg y si se mantiene en ese valor, ya se da por finalizada la operación y se procede a la carga con refrigerante para la puesta en marcha. La duración de esta operación puede ser de hasta 12 horas, pues depende, principalmente, del volumen de la instalación, de la cantidad de agua en su interior y del caudal de la bomba de vacío. En caso de reparación en una instalación que ya está en funcionamiento, por ejemplo la sustitución de un elemento, se debe hacer vacío a ese tramo porque tenemos aire húmedo en su interior (con las consecuencias ya comentadas), pues es un error pensar que mediante operaciones de purgas solucionamos el problema. Como conclusión de este proceso, debemos destacar: Con el “purgado” eliminamos el aire, pero no la humedad. Al realizar el vacío en una instalación se consigue extraer el aire y la humedad. ¡No debe arrancarse nunca una instalación en vacío! Podemos hacer el vacío a un determinado tramo del circuito, al de alta presión, al de baja o a los dos simultáneamente; pero siempre siguiendo los criterios anteriores.
8.9.2
Prueba de presión
Consiste en sobrepresionar la instalación con nitrógeno seco, con el fluido refrigerante o con ambos, y cuando se alcance una determinada presión se procederá a la comprobación de fugas. Esta prueba se puede realizar de la siguiente manera (Fig. 8.24): 1. Se conecta la botella del fluido refrigerante al circuito y se carga con ella hasta alcanzar una presión de 5 kg/cm2, aproximadamente. A continuación se revisa el circuito para comprobar si existe alguna fuga importante. 2. Se desconecta la botella. En su lugar se conectará la botella de nitrógeno seco, provista de manoreductor, y se procede a la carga del mismo de manera progresiva.
8.9
Comprobación de la hermeticidad
179
Válvula de carga
Botella de refrigerante
Botella de nitrógeno seco
Figura 8.24 Prueba de presión.
3. Se abre despacio la válvula de la botella y se introduce el nitrógeno hasta una presión de 9 kg/cm2. Se aumenta hasta 13 kg/cm2 y, finalmente, hasta 17 kg/cm2 aproximadamente. 4. Se cierra la botella de nitrógeno y se desconecta. Con ayuda de un detector de fugas (lámpara, agua jabonosa, etc.) se procede a revisar el circuito. Cuanto mayor sea la presión, más fácilmente se detectarán las pequeñas fugas. 5. Se puede seccionar el circuito en varios tramos, por ejemplo, cerrando determinadas válvulas. 6. Se anota la presión y se deja el sistema en esas condiciones, no menos de 14 horas. Si al cabo de ese tiempo no varía la presión, entonces el circuito está estanco. Si la presión disminuyera, habría que volver a comprobar las fugas. Nota Es normal que pueda haber una pequeña variación en la lectura de la presión porque el fluido está condicionado por la temperatura ambiente.
8.10
COMPROBACIÓN DE LA REGULACIÓN DE LOS PRESOSTATOS
Es conveniente comprobar con cierta frecuencia la regulación de los presostatos para ver si mantienen la regulación estipulada o bien, para verificar su activación. Esto se puede hacer siguiendo los pasos de la siguiente aplicación.
180
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
Ejemplo de aplicación
Supongamos la instalación de la figura 8.25, que tiene un presostato combinado, al que queremos hacer la comprobación de su regulación y activación a. Presostato de baja presión 1. Se cierra la válvula de salida del recipiente de líquido. Como el compresor sólo puede aspirar el fluido existente en el circuito desde la válvula de salida, la presión de baja caerá hasta alcanzar el valor de regulación en la escala del presostato de baja, con lo que éste parará el compresor. 2. Cuando esto se produzca, se comprueba que la presión que marca el manómetro de baja, coincide con la de la escala de regulación del presostato. 3. Al abrir nuevamente la válvula, el fluido sale del recipiente, pasa a través del dispositivo de expansión y entra en el evaporador. Se produce un aumento de presión, que al alcanzar el valor de regulación del diferencial, pondrá en marcha el compresor. Mediante el manómetro y la escala del diferencial, se comprobará la regulación.
b. Presostato de alta presión 1. Se para la bomba de circulación de agua o el ventilador del condensador, según el caso. La presión de alta, subirá hasta alcanzar el valor de regulación del presostato y éste parará el compresor. 2. Al parar, se comprueba que la presión que marca el manómetro de alta, coincide con la de regulación en la escala del presostato.
Presostato Manómetro de baja
Manómetro de alta
Válvula de salida Bomba de circulación de agua
Figura 8.25 Comprobación de presostato combinado.
Una vez realizadas las pruebas, se comprueba que las válvulas y demás elementos manipulados están en su posición normal de funcionamiento.
8.9
8.11
Comprobación de la hermeticidad
181
CARGA DE ACEITE
Esta operación se puede realizar de varias maneras, según las características del compresor. Para ello se deben seguir las instrucciones de los fabricantes. Para el caso de no disponer de ellas haremos unos comentarios genéricos al respecto: Tanto si se trata de una carga total como parcial de aceite, hay que extremar las precauciones para evitar la entrada de aire en el compresor. No es conveniente mezclar aceites, ni almacenarlos durante mucho tiempo una vez abiertos, ya que podría humedecerse y, por lo tanto, alterar sus propiedades. En la tabla 8.1, se dan las características de los tipos de aceite empleados para distintos tipos de refrigerantes. El aceite debe cambiarse con la frecuencia estipulada por los fabricantes en sus instrucciones y, para ello, se debe utilizar una bomba independiente, como la manual mostrada en la figura 8. 26, o bien una electrobomba. La descarga de ésta se conectará a la válvula de carga de aceite del compresor y la aspiración a una manguera que estará sumergida en el recipiente del aceite. Las dos mangueras deberán “purgarse”, pues hay que evitar la entrada de aire. Mediante el visor se aprecia el nivel de aceite en el cárter. Aunque el fabricante indica el nivel exacto, por lo gene- Figura 8.26 Bomba manual. ral el nivel debe estar por la mitad del visor. Un nivel bajo es peligroso, pero un exceso también es perjudicial (ya que podría dar lugar a contrapresiones). En aquellos compresores que no tengan válvula de carga de aceite y no tengamos medios, se podrían utilizar las válvulas de servicio de aspiración. En este caso, la operación se realizaría tal como se detalla en el siguiente ejemplo.
Ejemplo de aplicación Carga de aceite, por medio de la válvula de servicio de aspiración (Fig. 8.27). 1. Se baja la presión de regulación del presostato de baja. 2. Se comprueba que la válvula de servicio de aspiración esté totalmente abierta. Se conecta la manguera de llenado, a la válvula sin apretarla a fondo. Se abre la válvula manual de la manguera para eliminar el aire y cuando sale aceite se aprieta a fondo la conexión a la válvula de servicio 3. Se pone en marcha el compresor, se cierra la válvula de servicio y el compresor irá aspirando el aceite del recipiente. 4. La cantidad de aceite que va entrando se comprueba en el visor de nivel, o en el recipiente si se determinó previamente la cantidad que contenía. 5. El aceite irá retornado al cárter con ayuda del separador instalado en la descarga.
182
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
Recipiente de aceite
Conexión al evaporador Manguera de llenado
Compresor
Figura 8.27 Carga de aceite a través de la válvula de servicio de aspiración.
6. Para finalizar la operación, se abre la válvula de servicio y se cierra la válvula manual. 7. Se regula la presión del presostato de baja a su valor normal.
En los compresores que tienen la válvula de servicio de aceite (Fig. 8.28), el procedimiento podría hacerse de la siguiente manera:
1
Figura 8.28 Compresor con válvula de servicio de aceite.
8.9
Comprobación de la hermeticidad
183
El elemento 1 corresponde a la válvula de servicio de aceite. Un capuchón aloja el vástago de la válvula y el otro corresponde a la toma para conectar la manguera. 1. Se reduce la presión del compresor con objeto de descomprimir el cárter. Con lo cual se consigue también disminuir la presión de la bomba de carga de aceite. Para ello tendremos que: Bajar la regulación del presostato de baja, pero vigilando que la presión no descienda de 0,14 kg/cm2 aproximadamente, para evitar que entre en vacío. Cerrar la válvula de salida del recipiente de líquido, y cuando la presión de aspiración alcance el valor anteriormente indicado, parar el compresor. Cerrar válvulas de aspiración y de descarga del compresor. 2. Conectar la descarga de la bomba, por lo general es del tipo manual, a la válvula de carga de aceite (1). No apretar del todo la manguera de conexión a la toma. 3. Bombear el aceite y cuando éste haya purgado el aire, apretar a fondo la conexión. 4. Comprobar el nivel de aceite a través del visor y cuando alcance el nivel fijado por el fabricante, parar la bomba. Es muy importante no rebasar el nivel indicado. 5. Cerrar la válvula de carga de aceite y quitar la manguera de conexión. 6. Abrir las válvulas de aspiración y descarga del compresor. Volver a regular el presostato de baja, arrancar y comprobar el nivel. Tabla 8.1 Compatibilidad y miscibilidad de lubricantes con refrigerantes. Refrigerante
Aceite mineral
Aceite Mineral + Alquilbenceno
Aceite Alquilbenceno
Aceite Éster
R-12 134 a DI-36 401 a 401 b R-502 M-55 (404 a) M-44 69-L (403 b) 402 a 402 b R-22 M-95 R-11 123
Compatible No Compatible Compatible No Compatible No Compatible Compatible No Compatible No Compatible Compatible No Compatible No Compatible Compatible No Compatible Compatible Compatible
Compatible No Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible No Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible No Compatible Compatible Compatible
Compatible No Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible No Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible No Compatible Compatible Compatible
Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible Compatible
184
Capítulo 8 Manejo de las instalaciones
CONTAMINACIÓN DE UN CIRCUITO POR ÁCIDOS 8.12 Tal como hemos comentado en el capítulo de los compresores, en las instalaciones que empleen compresores herméticos o semiherméticos, una de las averías más importantes que se puede producir es la contaminación del circuito por formación de ácidos. Antes de la sustitución del compresor, hay que proceder a la descontaminación del circuito, lo que se conoce como “Lavado del circuito”. Este proceso se puede realizar de la siguiente manera: 1. Se saca el aceite y fluido refrigerante contaminados. Se hace con un equipo especial de recuperación. Todos los elementos que se usen para ello, por ejemplo mangueras, no pueden utilizarse en las demás operaciones porque podrían contaminar el circuito. 2. Se saca el compresor y demás elementos que puedan impedir la circulación del agente de limpieza, tales como válvula de expansión, filtros, visor y demás válvulas. En caso de que algún elemento se volviese a montar, habría que desmontarlo y proceder a su limpieza con el mismo aceite que se vaya a cargar la instalación 3. En los tramos donde se sacaron los elementos, se colocan tubos de plástico con abrazaderas para su fijación. De esta manera queda unido todo el circuito. 4. Se coloca en el sitio del compresor la máquina de limpieza Figura 8.29 Bomba (también conocida como bomba de lavado (Fig. 8.29)). de lavado. 5. Se hace circular el agente de limpieza, que puede ser HCFC 123 ó 141 b, que son los que sustituyen al R-11, en sentido contrario al del ciclo de funcionamiento. 6. En instalaciones de grandes capacidades, sería conveniente hacer la limpieza individualmente. En la figura 8.30 se muestra un esquema de la preparación del circuito para su lavado.
Bomba de lavado Evaporador
Condensador
Tubos de plástico con abrazaderas Figura 8.30 Preparación del circuito para su lavado.
C A P I T U L O
9
Mantenimiento de las instalaciones Introducción En los capítulos anteriores, al estudiar los distintos elementos que intervienen en las instalaciones, hemos comentado problemas que se presentan en los mismos, principalmente causados por la falta de una programación adecuada a su mantenimiento. Por lo tanto, si partimos de la base de que mantener es conservar (de ahí que conservación y entretenimiento sean vocablos que se emplan con referencia a mantenimiento), su aplicación es muy importante, no solamente para el correcto funcionamiento de las instalaciones, con gran repercusión en los costes económicos, sino también porque el estado de las instalaciones o elementos puede afectar a la integridad de las personas que trabajen en ellas. De lo que se deduce que hay una relación directa entre el funcionamiento de la instalación y los costes derivados del mismo, con lo cual el mantenimiento implica un control técnico y económico. Si analizamos los costes como consecuencia de una avería que se pudo haber evitado mediante la aplicación de un plan de mantenimiento, por ejemplo la rotura de un elemento, tiempo de parada, materiales nuevos por causa directa e indirecta, deterioro del equipo, mano de obra, etc., nos daremos cuenta de la necesidad del mantenimiento.
185
186
Capítulo 9 Mantenimiento de las instalaciones
Consideremos, por ejemplo, no ya el compresor que es el “corazón” de la instalación, sino el condensador. Si no se aplicara un mantenimiento preventivo, por ejemplo la limpieza de dicho elemento con una frecuencia determinada, el intercambio de calor disminuiría, la instalación trabajaría más tiempo (ciclos largos), y aceleraría la aplicación del mantenimiento a los demás elementos, con lo cual aumentarían los consumos y, por tanto, los costes globales. Cada vez están más extendidos los planes de mantenimiento, ya que es una manera de controlar las instalaciones técnica y económicamente. Como sabemos, el campo de aplicación del mantenimiento es muy extenso; no obstante, no podemos pasar por alto algunos comentarios prácticos que nos sirvan de orientación en la actividad profesional.
9.1
MANTENIMIENTO
“Es el conjunto de actividades técnicas y administrativas cuya finalidad es conservar o restituir un elemento, equipo o instalación en las condiciones que permitan desarrollar su función”.
9.1.1
Objetivos del mantenimiento
Los principales objetivos del mantenimiento son: 1. Reducir los costes que causan las paradas producidas por averías. 2. Reducir el deterioro de los elementos, equipos o instalaciones en general.
9.1.2
Tipos de mantenimiento
En el siguiente cuadro están comprendidos y relacionados entre sí los distintos tipos de mantenimientos. Mantenimiento
M. No Planificado
M. Planificado
M. Preventivo M. Programado
M. Predictivo M. Correctivo
Según edad pieza
Según edad máquina
Inspecciones periódicas
Controles continuos
9.1
Mantenimiento
187
Mantenimiento planificado
Es un mantenimiento organizado y efectuado con previsión y control. Mantenimiento no planificado
Es un mantenimiento efectuado sin un plan previo. Es el mantenimiento relacionado con las averías, es decir con los trabajos correctivos. Mantenimiento preventivo
Es el mantenimiento que se realiza a intervalos predeterminados u otros criterios prescritos, con objeto de reducir las posibilidades de averías. Consiste en realizar ciertas operaciones (p. ej. limpieza, cambios, verificaciones, reparaciones) con una frecuencia de tiempo o de horas de funcionamiento u otros criterios. Por ejemplo, supongamos un compresor helicoidal cuyo filtro de aceite puede cambiarse según distintos criterios: a las 200 horas de funcionamiento o a los seis meses o cuando la presión disminuya 0,4 kg/cm2 Siempre se planifica. Son operaciones que se realizan antes de que se produzcan las averías. Un ejemplo ilustrativo de esta modalidad, en otros ámbitos de la industria, es el cambio del aceite del motor de un vehículo cada 10 000 km, según las instrucciones establecidas por el fabricante. Mantenimiento correctivo
Es el que se realiza cuando la avería o anomalía ya se produjo, para dejar el elemento o equipo en las condiciones normales de utilización. Puede ser planificado o no planificado. Es decir, que se ejecuta siguiendo una supervisión y control, o bien se realiza sin ningún plan previo, por ejemplo, la rotura de un elemento que provoca el paro del mismo (avería), es decir que sea “accidental”. Las consecuencias son bien distintas, ya que si se trata de una anomalía (irregularidad), y está bajo control, se puede hacer un seguimiento para determinar el momento adecuado de su reparación, comprobar si se dispone de materiales de repuesto o evitar que tenga consecuencias en otros elementos de la instalación. En cambio, si la avería se produce de manera “accidental”, las consecuencias pueden ser mayores. El mantenimiento correctivo tiene gran relación con el mantenimiento preventivo, ya que cuanto mejor se aplique éste, menores serán las operaciones de mantenimiento correctivo. Mantenimiento predictivo
Es una variante del mantenimiento preventivo y “predice” las averías antes de que se produzcan. Está basado en la toma de determinados parámetros de un equipo o elemento, con una frecuencia determinada o continua: análisis de vibraciones, test de sonidos, tribología (análisis de lubricantes) o termografía, entre otros.
188
Capítulo 9 Mantenimiento de las instalaciones
Mediante estos análisis, por ejemplo de vibraciones en un compresor, se pueden detectar problemas de desalineaciones. O bien, por medio del análisis del aceite, además de comprobar el estado del mismo, se estudian las partículas que se puedan encontrar para determinar desgastes. La aplicación de este mantenimiento no implica disponer de medios sofisticados, ya que también se puede realizar, por ejemplo, mediante: Inspecciones visuales. Toma de temperaturas y presiones. Toma de consumos eléctricos. Detección de pérdidas en válvulas. Detección de pérdidas en bombas. Observación de vibraciones y ruidos en máquinas y motores. Realización de pruebas a los elementos de seguridad. Mantenimiento programado
Cualquier sistema de mantenimiento en el que se planifiquen y prioricen actividades y se establezcan los tiempos de acción. Es un mantenimiento preventivo. Mantenimiento contratado
Es el realizado por personas ajenas a la empresa, según las especificaciones de ésta y en condiciones de tiempo y precio previamente establecidas. Cada vez está más extendida su aplicación, ya que entre sus ventajas, además de representar una descarga de trabajo para el propio personal, cabe citar que lo realizan personas que conocen perfectamente los equipos e instalaciones. Se puede ejecutar de muchas maneras, por ejemplo: Contratando el mantenimiento preventivo en su totalidad o bien partes del mismo (como la revisión general del compresor a las 30 000 horas de funcionamiento). Contratando el mantenimiento predictivo para trabajos que requieran especialización y medios materiales adecuados. O bien contratando los mantenimientos preventivo y correctivo. Un contrato de mantenimiento debe contemplar determinados aspectos técnicos, tales como: Definir la instalación de que se trate, o parte de la misma. En los casos en que realicen suministros, deben reflejarse (precio, montaje, plazo de entrega, seguros y condiciones económicas). Especificar los trabajos a realizar (relación de los mismos, horarios, ...). Personal que los realizará (número de operarios y categoría profesional). Interlocutores que intervendrán por ambas partes. Útiles aportados por la empresa contratante. Informe de incidencias (semanal, mensual, ...) de los trabajos realizados.
9.1
Mantenimiento
189
Informe, con la frecuencia que se establezca, de mejoras o acciones a tomar de acuerdo con los trabajos realizados. Si por ejemplo se trata del mantenimiento preventivo de una instalación, se debería contemplar en cualquier momento la inspección y vigilancia de la misma, por parte de los servicios técnicos que determine la parte contratante. Garantías, especificando la cobertura y las exclusiones. Establecer las condiciones en los de prórroga o rescisión del contrato. Por otra parte, el responsable de la instalación debe controlar que los trabajos se desarrollen bajo las condiciones establecidas en la contratación. No obstante, su aplicación quedará supeditada a criterios económicos, técnicos, de personal y de formación, principalmente.
9.1.3
Diferencias entre los mantenimientos preventivo y predictivo
Hay unas diferencias, en su aplicación, entre el mantenimiento predictivo y preventivo que debemos destacar: Para aplicar el mantenimiento predictivo no es necesario parar el equipo o instalación, ya que la toma de los parámetros se puede realizar con la instalación en funcionamiento. Cuando se detecta una avería, mediante el mantenimiento predictivo, al estar bajo control, se puede programar su parada para realizar las operaciones pertinentes. Ello permite disponer del material de repuesto y otros medios, con la antelación suficiente. Lo que implica tener menos material de repuesto. En cambio, para aplicar el mantenimiento preventivo, puede ser necesaria o no la parada. Por ejemplo, para la sustitución de un filtro, si tiene “By-pass” no es necesaria la parada, pero sí para la sustitución de las correas de transmisión del motor-compresor. Un “inconveniente”, por decirlo de alguna manera, del mantenimiento preventivo es que a veces nos encontramos con que las piezas o elementos que debemos sustituir están en buen estado. Pero con el cambio, se garantiza que el equipo seguirá funcionando en perfectas condiciones, y se evitan acciones correctivas.
9.1.4
Ejemplo de aplicación del mantenimiento preventivo
¿Cuál es el mejor mantenimiento o el más adecuado? Esto solamente se puede determinar después de un estudio técnico-económico de cada instalación. Ya que cada instalación tiene sus propias características.
190
Capítulo 9 Mantenimiento de las instalaciones
No existen reglas fijas respecto a lo que debe hacerse en cada uno de los equipos ni de la frecuencia para garantizar su funcionamiento, ya que intervienen factores como: el tipo de máquina o montaje estado de los equipos formación del personal puntos que pueden ser considerados críticos qué elementos pueden o no trabajar simultáneamente recambios imprescindibles Pero para decidir el mantenimiento a aplicar, sería conveniente revisar el historial para analizar las averías producidas y los resultados de las revisiones que se realizaron. No obstante, con las instrucciones de los fabricantes de los equipos y el personal técnico de la instalación, se determina la frecuencia (semanal, mensual, semestral, anual, trienal, etc.) de las operaciones a realizar (comprobaciones y sustituciones principalmente): cambios de aceite, filtros, comprobaciones de acoplamientos, correas de transmisión, válvulas de seguridad, limpieza de condensadores, aparellaje eléctrico, comprobación de presostatos y termostatos, comprobación de manómetros y termómetros, engrases, detección de fugas, desmontaje de compresores para su revisión, etc.
9.1.4.1
Plan de mantenimiento
Como consecuencia de lo comentado anteriormente, a modo de ejemplo, realizaremos un plan de mantenimiento preventivo aplicado a una instalación de refrigeración (tabla 9.1). Deben reflejarse las operaciones a realizar a cada elemento (en este caso se trata del compresor, del condensador y del filtro deshidratador), y la frecuencia (en tiempo) para su ejecución.
Tabla 9.1 Plan de mantenimiento Operación
Semanal Mensual Semestral Anual Trienal
Compresor
x
Cambio de aceite Limpieza filtro de aceite
x x
Sustitución del filtro de aceite Limpieza filtro aspiración
x
9.1
191
Mantenimiento
Tabla 9.1 Continuación Operación
Semanal Mensual Semestral Anual Trienal
x
Limpieza exterior Engrase del motor Comprobación de tensado de correas
x x x
Sustitución de las correas Comprobación estanqueidad prensas
x
Comprobación de alineación
x
Engrase de cojinetes
x
Comprobación conexiones placa de bornes
x
Comprobación presostatos, manómetros y termómetros
x
Comprobación de fugas
x x
Comprobación estado de bancada y amortiguadores
x
Comprobación control capacidad
x
Desmontaje y revisión general Condensador Limpieza exterior
x x
Limpieza interior Comprobación de fugas Comprobación acoplamiento motor-bomba y estanqueidad
x x
Filtro deshidratador Sustitución
x
192
Capítulo 9 Mantenimiento de las instalaciones
Una vez determinadas las operaciones a realizar y su frecuencia, ¿cómo se ejecutan y controlan para evaluar su eficacia? Para ello se dispone de las “Órdenes de trabajo” (OT).
9.1.4.2
Órdenes de trabajo
Son instrucciones escritas, en las que se reflejarán las operaciones a realizar, el modo de realizarlas, los materiales que emplean y otros parámetros de control. Las órdenes de trabajo (OT) vienen a ser la base de datos para comprobar la eficiencia del mantenimiento que se aplica. Es una manera de controlar el rendimiento de la instalación. Tampoco existe un modelo patrón a seguir para su elaboración, por ello cada OT se elaborará de acuerdo con las características de la instalación con objeto de obtener la información que se necesite para su control. Por lo general, las OT (Fig. 9.1) suelen contener los siguientes datos: Número de OT. Fecha realización. Tiempo empleado. Tiempo estimado. Operación a realizar. Acciones a realizar. Operario. Código. Plano de referencia. Apartado de observaciones. Mediante las órdenes de trabajo, obtenemos: El historial de las máquinas. Datos estadísticos. Parámetros de actuación. Costes. La actualización de respuestos. Evolución del mantenimiento preventivo respecto al correctivo. Deben ser utilizadas en las instalaciones, para las operaciones que se realicen en los mantenimientos planificados y no planificados.
9.1
ORDEN DE TRABAJO
Mantenimiento
193
Nº
Solicitada por
Fecha de realización
Tiempo estimado
Referencia de la máquina
Plano de referencia
Nº operarios
Total horas
Total materiales
Operación a realizar
Planificación del trabajo
Materiales empleados
Observaciones
Firma
Figura 9.1 Orden de trabajo.
9.1.4.3
Repuestos Los materiales de mantenimiento (piezas de repuesto, aceites, etc.), representan una parte muy importante del presupuesto de mantenimiento de la instalación, por lo que deben gestionarse de manera eficaz. Estos materiales están relacionados muy directamente con el tipo de mantenimiento que se aplique. No es cuestión de tener muchos repuestos sino de organización. Es imposible fijar una relación de los repuestos necesarios, ya que son muchos los factores que intervienen. Una vez analizadas las necesidades de la instalación, se determinan los repuestos, los cuales están condicionados por diversos factores tales como: Precio. Si son de fácil comercialización. Alta o baja probabilidad de utilización. No obstante, a modo de “guía-práctica”, sería muy interesante que el responsable de la instalación determinara:
194
Capítulo 9 Mantenimiento de las instalaciones
a. Puntos prioritarios
Aquellos elementos que, en caso de avería, puedan provocar el paro de la instalación. Por ejemplo, si se quema el motor eléctrico de la bomba de circulación de agua (agente condensante), se para la instalación. Por lo tanto, se debería disponer de un motor eléctrico en el almacén de repuestos. b. Puntos secundarios
Aquellos elementos de la instalación que si se averían no provocan el paro de la misma aunque no se disponga de sus repuestos en el almacén. Por ejemplo, si se rompe la polea del compresor no sería necesario tener otra de repuesto, si se pudiera trabajar con otro compresor, o bien, que mediante válvulas se pudiera conectar otra instalación. Mientras tanto se gestionaría el pedido de la polea. Lo mismo ocurriría con cualquier otro elemento que dispusiera de un “by-pass”. En estos casos, al no disponer de repuestos en el almacén, se deberían tener localizados los proveedores que los pudieran suministrar. Por otra parte, es muy importante controlar con frecuencia las existencias del almacén, con objeto de hacer un seguimiento de los materiales más empleados y los que no tienen movimientos de salida. Ya que los materiales obsoletos representan, como mínimo, un 20%. Muchas veces se confunde el concepto de material de repuesto, con el de “material de seguridad” (“por si falla algo”), con los costes que este último representa. Un exceso de repuestos, además de encarecer el presupuesto del mantenimiento, representa un capital inmovilizado.
9.2
ESTADILLOS
Independientemente de los planes de mantenimiento, es muy importante disponer de un estadillo para el seguimiento diario de la instalación. Consiste en la toma diaria de datos de los parámetros más característicos de la instalación. Una vez tomados esos datos, se analizan para comprobar el funcionamiento de cada elemento y del conjunto de la instalación. La tabla 9.2 nos da una orientación de los datos que se deberían tomar diariamente, para su aplicación de acuerdo con las características propias de cada instalación. Es una manera de controlar diariamente la instalación, de interpretar su funcionamiento con los datos obtenidos y de anticiparnos a los problemas que puedan ocurrir. Por ejemplo: 1. Supongamos que durante un cierto tiempo de funcionamiento habíamos observado que: Presión de aspiración = 0,9 kg/cm2 Presión de descarga = 13,4 kg/cm2 Temperatura de entrada de agua en el condensador = 20 ºC Temperatura de salida de agua del condensador = 26 ºC
9.2
Tabla 9.2 Datos de toma diaria Parámetros
Frecuencia Hora:
Presión de aspiración
X
Presión de descarga
X
Presión de la bomba de agua (agente condensante)
X
Presión del aceite
X
Nivel de aceite
X
Nivel de refrigerante
X
Temperatura de la cámara
X
Temperatura de aspiración
X
Temperatura de condensación
X
Temperatura de descarga
X
Temperatura del aceite
X
Temperatura del aire ambiente
X
Temperatura del agua
X
Temperatura de líquido a la entrada de la válvula de expansión
X
Temperaturas E/S del aire del condensador
X
Temperaturas E/S del agua del condensador
X
Temperaturas de los bulbos seco y húmedo, si hay torres o condensadores evaporativos.
X
Temperatura recalentamiento
X
Consumo del compresor
X
Consumo ventilador evaporador
X
Desescarche evaporador
X
Consumo ventilador condensador
X
Consumo bomba de agua (condensante)
X
Observaciones:
Estadillos
195
196
Capítulo 9 Mantenimiento de las instalaciones
Y que, de una manera progresiva, observamos que estos mismos parámetros, alcanzan los siguientes valores: Presión de aspiración = 0,9 kg/cm2 Presión de descarga = 16 kg/cm2 Temperatura de entrada de agua en el condensador = 20 ºC Temperatura de salida de agua del condensador = 23 ºC Estas variaciones son síntoma de que el condensador está sucio. 2. En la toma de los consumos del compresor se reflejarían las intensidades de cada fase y se compararían con las intensidades nominales (del fabricante), para comprobar su funcionamiento. 3. En el caso de los ventiladores y electrobombas, se procedería como en el caso anterior. 4. Se comprueba la diferencia entre los valores que se toman de las temperaturas de evaporación y de aspiración, para determinar si el recalentamiento está dentro de los márgenes permitidos. 5. Se comprueba la diferencia entre los valores que se toman de la temperatura de condensación y la del líquido medida a la entrada de la válvula de expansión termostática. Esta diferencia nos da el valor del subenfriamiento. 6. Con los valores tomados de las presiones de aspiración y descarga se controla la relación de compresión. Es decir, tal como hemos comentado al principio de este apartado, es una manera de realizar el mantenimiento predictivo. En caso de detectarse alguna anomalía, se resolvería mediante la orden de trabajo correspondiente. Como conclusión de lo comentado en este capítulo, diremos que en una instalación se pueden realizar los mantenimientos preventivos, predictivos, correctivos y contratados, ya que son complementarios entre sí. El mantenimiento junto con el diseño, operación y montaje, son las variables que afectan al funcionamiento de las instalaciones.
C A P I T U L O
10
Fluidos refrigerantes Introducción Tras la firma del protocolo de Montreal (1987), se acordó suspender el empleo de los gases clorofluorocarbonados (CFC), con alto contenido en cloro, así como que a partir del año 2030 se parara la producción de los gases hidroclorofluorocarbonados (HCFC). Los gases CFC, dada su gran estabilidad química, permanecen durante mucho tiempo en la atmósfera, lo que repercute desfavorablemente en el equilibrio ozono-oxígeno. Los gases HCFC poseen un potencial muy reducido de destrucción de ozono (O.D.P.), debido a la presencia de átomos de hidrógeno y el bajo contenido de cloro. En este grupo se encuentra el R-22, que se está utilizando como fluido transitorio de los CFC. De hecho, el R-22, y una serie de productos puros y mezclas ternarias con base del R-22 sirven para la fabricación de los alternativos a los CFC, así como para mantener los equipos actuales. Esta evolución de los fluidos refrigerantes conduce a los fluidos hidrofluorocarbonados (HFC), sin cloro y con átomos de hidrógeno, sin potencial destructor del ozono (O.D.P.), y muy bajo efecto invernadero. Por ejemplo el HFC R-134 a tiene un efecto nulo sobre la capa de ozono y se degrada rápidamente. Además, si se compara con los CFC, tiene una décima parte de su duración en la atmósfera y una décima parte del efecto de calentamiento de CFC 12.
197
198
Capítulo 10 Fluidos refrigerantes
10.1
GASES REFRIGERANTES ALTERNATIVOS AL R-12 Y EL R-502
Gama de mezclas alternativas al R-12 y el R-502 homologadas por la ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers), o en vías de homologación1:
Tabla 10.1 Mezclas alternativas al R-12 Componentes
Composición %
Punto de ebullición
COP1 %
401 a
R-22/152 a/124
53/13/34
–33,1
100
401 b
R-22/152 a/124
61/11/28
–34,7
98
DI-36
R-22/600/124
50/3/47
33,8
115
Refrigerante
Tabla 10.2 Mezclas alternativas al R-502 COP1 %
Componentes
Refrigerante
Composición %
Punto de ebullición
R-22/125/290/143
M-44
50/42/2/6
–45,6
105
R-22/218/290
403 b
55/39/6
–50,6
100
R-22/125/290
402 a
38/60/2
–49,2
100
R-22/125/290
402 b
60/38/2
–47,4
98
Tabla 10.3 Gama de productos puros alternativos al R-11 Gas
Sustituto
Aplicación
141 b
R-11
Limpieza de instalaciones
123
R-11
Chillers2 de refrigeración
1. Su significado, ya ha sido explicado en la pág. 123 2. Esta palabra (chiller), utilizada en el campo de la refirgeración, se refieere a los "sistemas de refrigeración que enfrían agua", principalmente, y en menor medida otros fluidos.
10.2
Gases refrigerantes definitivos
199
Tabla 10.4 Aplicaciones Refrigerante
Alternativo
Aplicaciones
DI-36
R-12
401 a
R-12 R-500
401 b
R-12
Baja temperatura
M-44
R-502
Todas las aplicaciones
403 b
R-502
Todas las aplicaciones
402 a
R-502
Todas las aplicaciones
402 b
R-502
Todas las aplicaciones
10.2
Todas las aplicaciones del R-12 Frío doméstico y comercial
GASES REFRIGERANTES DEFINITIVOS
Son gases HFC. La carga de estas mezclas debe realizarse en fase líquida, a no ser que se dosifique la carga exacta.
Tabla 10.5 Productos puros HFC definitivos Gas
Sustituto
R-134 a R-23
Aplicación
R-12
Todas
R-13 R-503
Muy bajas temperaturas
Tabla 10.6 Productos puros HFC definitivos Gas
Sustituto
Casi azeotrópico
M-55 (404 a)
R-502
+
Todas
M-95
R-22
+
Todas
10.3
Azeotrópico
Aplicaciones
CODIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS REFRIGERANTES
Según el “Reglamento de seguridad para plantas e instalaciones frigoríficas”, los fluidos refrigerantes frigorígenos (aquellos que aprovechan el cambio de estado para la producción de frío), se denominarán por su fórmula química y no será suficiente su denominación comercial.
200
Capítulo 10 Fluidos refrigerantes
Pero memorizar las fórmulas no es nada fácil. Para solventar este problema se optó por una denominación más asequible, es decir, más práctica. Por lo que se estableció un código para cada fluido refrigerante, de tal manera que se codifica mediante un número precedido de la letra R (refrigerante). El número se determina de la siguiente manera: Las unidades indican la cantidad de átomos de FLÚOR contenidos en la molécula. Las decenas indican la cantidad de átomos de HIDRÓGENO, más 1. Las centenas indican el número de átomos de CARBONO, menos 1 (en el caso de la serie de metano, como esta cifra es igual a cero no se menciona en su nomenclatura). Los átomos de CLORO no se consideran.
Ejemplo de aplicación: Nombre químico: Monoclorodifluormetano Fórmula química: CHClF2 Aplicando el criterio anteriormente comentado, tenemos: Unidades (que indican la cantidad de átomos de FLÚOR): 2 Decenas (que indican la cantidad de átomos de HIDRÓGENO más 1): 2 Centenas (número de átomos de CARBONO menos 1): 0 Los átomos de CLORO no se consideran. La denominación del fluido será: R-22
La letra C que precede al número, designa los derivados cíclicos. La letra B después del número, indica la presencia de BROMO. El número de átomos de bromo se define por la cifra que sigue a esta letra.
Ejemplo de aplicación: Nombre químico: Bromotrifluormetano Fórmula química: CBrF3 Unidades: 3 Decenas: 0 + 1 = 1 Centenas: 1 – 1 = 0 Por lo tanto, la denominación será: R-13B1 En el caso de los compuestos no saturados, la denominación se realiza mediante cuatro cifras, de las cuales las tres últimas quedan determinadas como en el caso anterior, pero precedidas del número 1.
Ejemplo de aplicación: Nombre químico: Etileno Fórmula química: CH2 = CH2
10.3
Codificación de los fluidos refrigerantes
201
Unidades: 0 Decenas: 5 Centenas: 1 La denominación será: R-1150
En los compuestos isómeros (los que tienen la misma fórmula molecular pero difieren en la disposición de los átomos de sus moléculas y, como consecuencia, en sus propiedades físicas), el más simétrico, en pesos atómicos, se indica sin letra alguna a continuación de los números. Cuanto menor sea la simetría, entonces se colocan las letras: a, b, c, etc.
10.3.1
Mezclas azeotrópicas
Son los resultantes de mezclar dos sustancias de la misma naturaleza química con la condición de que no reaccionen entre sí, tanto en el momento de la mezcla como a largo plazo, y de tal manera que las características del producto resultante dependen de las características de los elementos que la constituyen. Tienen una numeración que se sitúa en la serie 500 (R-502, R-503, etc.). Se expresan por las denominaciones de sus componentes, así como por el porcentaje en peso de los mismos.
Ejemplo de aplicación: R-502 ( R-22 (48,8 %) + R-115 (51,2 %) )
10.3.2
Fluidos refrigerantes inorgánicos
Se incluyen en la serie 700, y el número de su código se establece de la siguiente manera: Las unidades y las decenas se representan por los pesos moleculares correspondientes. El número de la centena siempre será 7. Para su mejor entendimiento, realizaremos dos ejemplos de aplicación.
Ejemplo de aplicación: Nombre químico: Amoníaco Fórmula química: NH3 Peso molecular del nitrógeno (N): 14 Peso molecular del hidrógeno (H): 1, (1 × 3 = 3) Por lo tanto el fluido se denominará: R- 717
202
Capítulo 10 Fluidos refrigerantes
Ejemplo de aplicación: Nombre químico: Anhídrido sulfuroso Fórmula química: SO2 Peso molecular del azufre (S): 32 Peso molecular del oxígeno (O): 16, (16 × 2 = 32) Por lo tanto el fluido se denominará: R-764
C A P I T U L O
11
Averías y soluciones
Introducción En los capítulos anteriores, al estudiar las características de funcionamiento de los elementos más importantes que intervienen en los sistemas de refrigeración, también hemos comentado sus problemas más frecuentes, el modo de detectarlos y sus soluciones. No obstante, como sabemos, son muchas las averías que se pueden producir, y de origen muy diverso, en las instalaciones; en este apartado comentaremos las “averías más comunes”.
11.1
AVERÍAS MÁS COMUNES
En las siguientes tablas se describen algunos de estos problemas y sus soluciones, que nos pueden servir de orientación.
203
204
Capítulo 11 Averías y soluciones
11.1.1
Aumento excesivo de la presión de descarga Tabla 11.1
Causa
Remedio
Poco caudal de agente condensante o que la temperatura de entrada del mismo es muy alta Condensador sucio Gases incondensables en el circuito Sobrecarga de refrigerante Condensador de poca capacidad Bomba circulación de agua defectuosa Ventilador del condensador defectuoso Manómetro defectuoso Separador de aceite no trabaja bien
Regular Limpiar Purgar Sacar refrigerante Sustituir Comprobar y/o reparar Comprobar y/o reparar Reparar o renovar Revisar
Nota Si el aumento origina una presión demasiado elevada, habría que comprobar si ésta llegó hasta el valor a que está regulado el presostato de alta, por si éste estuviera fuera del ajuste o no debidamente conectado.
11.1.2
Presión de descarga muy baja Tabla 11.2
Causa
Remedio
Manómetro defectuoso Cantidad de fluido refrigerante escasa.
Comprobar y/o cambiar Recargar. Si el motivo fuese debido a fugas, antes de la carga hay que detectarlas y corregirlas Comprobar con los datos de cálculo Ajustar
Condensador demasiado grande Caudal de agua, a través del condensador, excesivo Temperatura de agua, a través del condensador demasiado baja Caudal de aire o temperatura del mismo, excesivos a través del condensador Válvulas de descarga del compresor defectuosas Válvula de aspiración parcialmente cerrada Aros pistón muy desgastados
Ajustar caudal Comprobar variadores de velocidad, o automatismos (por ejemplo, presostatos) que actúan sobre los ventiladores Comprobar, reparar y/o cambiar Abrir la válvula Comprobar y sustituir
11.1
11.1.3
Averías más comunes
205
Presión de aspiración muy alta Tabla 11.3
Causa
Remedio
Manómetro defectuoso Válvula o válvulas de aspiración del compresor defectuosas Válvula de expansión termostática demasiado abierta Capacidad del compresor muy pequeña
Comprobar Comprobar, reparar y/o cambiar Comprobar y/o ajustar
Comprobar con datos de cálculo y características de funcionamiento Comprobar regulador de capacidad Válvula interna de seguridad del compresor Comprobar y ajustar que no está totalmente cerrada Reducir carga Demasiada carga térmica
11.1.4
Presión de aspiración muy baja Tabla 11.4
Causa
Remedio
Manómetro defectuoso Capacidad de la válvula de expansión insuficiente Válvula de expansión obstruida Válvula de expansión con igualador externo de presión El bulbo de la válvula de expansión está montado en un punto demasiado frío La instalación tiene poca carga de fluido refrigerante Filtros (de línea de líquido y/o de línea de aspiración) sucios Válula/s manual/es en línea de aspiración parcialmente cerrada/s Válvula solenoide cerrada total o parcialmente
Comprobar Comprobar con los datos de cálculo Limpiar Comprobar si el igualador externo está montado y si es así, si es el adecuado. Cambiar y comprobar Meter carga previa comprobación de fugas Limpiar Comprobar y abrir Comprobar suciedad o bobina
Nota Si la presión de aspiración bajase demasiado, habría que comprobar si llegó hasta el valor a que está regulado el presostato de baja presión, por si éste no estuviera ajustado correctamente o bien por si no estuviera debidamente conectado.
206
Capítulo 11 Averías y soluciones
11.1.5
Presión de aceite muy alta Tabla 11.5
Causa
Remedio
Manómetro defectuoso Filtro de la bomba de aceite sucio Presostato diferencial de aceite no está debidamente ajustado
Comprobar Limpiar o sustituir Comprobar y ajustar
11.1.6
Presión de aceite muy baja Tabla 11.6
Causa
Remedio
Manómetro defectuoso Filtro de aspiración de la bomba de aceite sucio Presencia de fluido refrigerante en estado líquido en el cárter Bajo nivel de aceite en el cárter Demasiada holgura en los cojinetes del compresor Presostato diferencial de aceite no está ajustado correctamente
Comprobar Limpiar o cambiar
11.1.7
Comprobar separador Rellenar de aceite hasta el nivel normal Comprobar, reparar y/o cambiar los cojinetes Comprobar y ajustar
El compresor carga y descarga intermitentemente Tabla 11.7
Causa
Remedio
Válvula de expansión demasiado grande, que ocasiona una gran fluctuación en la presión de aspiración Control de presión de aceite defectuoso.
Comprobar capacidad de la válvula
Verificar nivel aceite y/o válvula de seguridad de la bomba de aceite
Apéndice Tabla Ap.1 Refrigerante 22. Propiedades del líquido y del vapor saturado.a Tabla Ap.1 Refrigerante 22. Propiedades del líquido y del vapor saturado. (Continuación) Temp. °C
Presión kg/cm2
Densidad líquido kg/m3
V. específico vapor m3/kg
–70 –69 –68 –67 –66
0,20919 0,22316 0,23713 0,25279 0,26894
1490,6 1488,2 1485,8 1483,3 1480,8
–65 –64 –63 –62 –61 –60 –59 –58 –57 –56 –55
0,28509 0,30362 0,32214 0,34096 0,36088 0,38176 0,40454 0,42845 0,45348 0,47963 0,50585
–54 –53 –52
0,53320 0,56294 0,59423
Entalpía orig. –40°C
Entropía orig. –40°C
Líquido Cal/kg
Vapor Cal/kg
Líquido Cal/(kg × °K)
Vapor Cal/(kg × °K)
0,9409 0,8883 0,8357 0,7901 0,7465
–7,628 –7,378 –7,128 –6,876 –6,624
52,217 52,337 52,457 52,578
–0,0349 –0,0337 –0,0325 –0,0312
0,2597 0,2589 0,2581 0,2573
1478,3 1475,8 1473,3 1470,7 1468,1 1465,5 1462,9 1460,3 1457,7 1455,2 1452,5
0,7029 0,6668 0,6306 0,5954 0,5639 0,5344 0,5070 0,4811 0,4569 0,4341 0,4127
–6,372 –6,122 –5,872 –5,622 –5,372 –5,117 –4,862 –4,611 –4,357 –4,106 –3,853
52,700 52,822 52,942 53,062 53,182 53,302 53,422 53,542 53,662 53,782 53,902
–0,0300 –0,0288 –0,0276 –0,0264 –0,0252 –0,0241 –0,0229 –0,0217 –0,0206 –0,0194 –0,0182
0,2564 0,2556 0,2548 0,2541 0,2533 0,2525 0,2518 0,2511 0,2504 0,2496 0,2490
1449,7 1447,0 1444,5
0,3925 0,3734 0,3555
–3,598 –3,344 –3,093
54,022 54,142 54,262 54,382
–0,0171 –0,0159 –0,0147 –0,0136
0,2483 0,2476 0,2470 0,2464
207
208
Apéndice
Tabla Ap.1 Refrigerante 22. Propiedades del líquido y del vapor saturado. (Continuación) Temp. °C
Presión kg/cm2
Densidad líquido kg/m3
V. específico vapor m3/kg
–51
0,62664
1441,8
–50 –49
0,66018 0,69498
1439,1 1436,4
–48 –47
0,73091 0,76845
–46 –45 –44
Entalpía orig. –40°C
Entropía orig. –40°C
Líquido Cal/kg
Vapor Cal/kg
Líquido Cal/(kg × °K)
Vapor Cal/(kg × °K)
0,3386
–2,838
0,3225 0,3076
–2,583 –2,323
54,502 54,622
–0,0125 –0,0113
0,2457 0,2451
1433,6 1430,9
0,2934 0,2800
–2,063 –1,803
54,742 54,862
–0,0101 –0,0090
0,2445 0,2439
0,80768 0,84860 0,89121
1428,1 1425,3 1422,4
0,2673 0,2553 0,2440
–1,547 –1,289 –1,029
54,982 55,102 55,222 55,342
–0,0079 –0,0067 –0,0056 –0,0045
0,2433 0,2427 0,2422 0,2416
–43 –42
0,93529 0,98064
1419,6 1416,9
0,2334 0,2233
–0,769 –0,510
55,462 55,581
–0,0033 –0,0022
0,2410 0,2405
–41 –40 –39
1,02767 1,07640 1,12765
1414,1 1411,2 1408,3
0,2137 0,2047 0,1961
–0,255 0,000 0,265
55,696 55,811 55,931
–0,0011 0,0000 0,0012
0,2399 0,2394 0,2390
–38 –37 –36
1,18115 1,23641 1,29378
1405,5 1402,6 1399,6
0,1879 0,1801 0,1726
0,526 0,789 1,051
56,047 56,166 56,282
0,0023 0,0033 0,0045
0,2384 0,2379 0,2374
–35
1,35305
1396,7
0,1655
1,311
56,397
0,0056
0,2370
–34 –33 –32
1,41429 1,47757 1,54267
1393,8 1390,9 1388,0
0,1588 0,1524 0,1464
1,573 1,840 2,109
56,512 56,629 56,748
0,0067 0,0078 0,0089
0,2365 0,2360 0,2355
–31 –30 –29
1,60995 1,67893 1,75043
1384,9 1381,9 1378,9
0,1406 0,1352 0,1300
2,374 2,639 2,904
56,863 56,978 57,093
0,0100 0,0111 0,0122
0,2351 0,2346 0,2342
–28 –27 –26
1,82418 1,90018 1,97843
1375,9 1372,8 1369,8
0,1251 0,1205 0,1160
3,173 3,459 3,722
57,208 57,323 57,438
0,0133 0,0143 0,0154
0,2337 0,2333 0,2328
–25
2,05929
1366,7
0,1117
3,981
57,550
0,0165
0,2324
–24 –23 –22
2,14295 2,22943 2,31872
1363,5 1360,4 1357,3
0,1076 0,1037 0,0999
4,246 4,511 4,776
57,660 57,770 57,880
0,0175 0,0186 0,0196
0,2319 0,2315 0,2311
–21 –20 –19 –18 –17 –16 –15 –14 –13 –12 –11
2,41082 2,50574 2,60381 2,70471 2,80792 2,91464 3,02495 3,13864 3,25570 3,37614 3,49995
1354,2 1351,0 1347,8 1344,7 1341,5 1338,2 1335,0 1331,8 1328,6 1325,3 1320,1
0,0963 0,0929 0,0896 0,0864 0,0834 0,0805 0,0778 0,0751 0,0725 0,0700 0,0677
5,041 5,306 5,576 5,846 6,116 6,382 6,647 6,912 7,177 7,442 7,708
57,990 58,100 58,210 58,320 58,430 58,537 58,642 58,747 58,852 58,957 59,062
0,0206 0,0217 0,0227 0,0238 0,0248 0,0258 0,0268 0,0278 0,0288 0,0298 0,0308
0,2307 0,2302 0,2298 0,2294 0,2290 0,2287 0,2283 0,2278 0,2275 0,2271 0,2268
Apéndice
209
Tabla Ap.1 Refrigerante 22. Propiedades del líquido y del vapor saturado. (Continuación) Temp. °C
Presión kg/cm2
Densidad líquido kg/m3
V. específico vapor m3/kg
–10
3,62713
1318,6
–9 –8
3,75812 3,89247
1315,3 1312,0
–7
4,03020
–6 –5 –4
4,17131 4,31614 4,46491
–3 –2 –1
Entalpía orig. –40°C
Entropía orig. –40°C
Líquido Cal/kg
Vapor Cal/kg
Líquido Cal/(kg × °K)
Vapor Cal/(kg × °K)
0,0654
7,978
59,167
0,0319
0,2264
0,0632 0,0611
8,248 8,518
59,272 59,377
0,0329 0,0339
0,2260 0,2258
1308,7
0,0591
8,788
59,482
0,0349
0,2254
1305,3 1301,9 1298,5
0,0572 0,0554 0,0536
9,058 9,328 9,600
59,583 59,683 59,783
0,0359 0,0370 0,0377
0,2251 0,2248 0,2244
4,61762 4,77426 4,93484
1295,1 1291,8 1288,3
0,0519 0,0502 0,0486
9,877 10,158 10,443
59,883 59,983 60,083
0,0385 0,0400 0,0410
0,2241 0,2238 0,2235
0
5,09936
1284,8
0,0471
10,733
60,183
0,0421
0,2232
1 2 3
5,26894 5,44302 5,62160
1281,4 1277,9 1274,5
0,0456 0,0442 0,0428
11,023 11,318 11,617
60,278 60,373 60,468
0,0432 0,0443 0,0453
0,2228 0,2226 0,2223
4 5 6
5,80426 5,99050 6,18068
1271,0 1267,5 1263,9
0,0415 0,0403 0,0390
11,920 12,219 12,519
60,563 60,656 60746
0,0464 0,0475 00486
0,2220 0,2217 02213
7 8 9
6,37557 6,57539 6,77970
1260,4 1256,8 1253,2
0,0379 0,0367 0,0356
12,822 13,123 13,429
60,836 60,924 61,010
0,0497 0,0507 0,0517
0,2210 0,2207 0,2205
10
6,98851
1249,8
0,0346
13,739
61,100
0,0528
0,2201
11 12 13
7,20365 7,41879 7,64377
1246,2 1242,4 1238,8
0,0335 0,0326 0,0316
14,043 14,348 14,662
61,180 61,260 61,344
0,0539 0,0550 0,0560
0,2198 0,2195 0,2192
14 15 16
7,87579 8,10991 8,34684
1235,2 1231,5 1227,8
0,0307 0,0298 0,0289
14,980 15,292 15,601
61,426 61,503 61,578
0,0571 0,0582 0,0593
0,2189 0,2187 0,2183
17 18
8,58940 8,83758
1224,2 1220,4
0,0281 0,0273
15,916 16,231
61,653 61,727
0,0604 0,0614
0,2180 0,2177
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
9,09139 9,35083 9,61659 9,88797 10,16498 10,44762 10,73587 11,02976 11,32926 11,63440
1216,7 1212,9 1209,2 1205,4 1201,7 1197,9 1194,1 1190,3 1186,5 1182,8
0,0265 0,0258 0,0251 0,0243 0,0237 0,0230 0,0224 0,0217 0,0211 0,0206
16,546 16,861 17,181 17,510 17,832 18,156 18,486 18,819 19,147 19,476
61,796 61,861 61,931 62,001 62,063 62,127 62,192 62,254 62,313 62,369
0,0625 0,0636 0,0647 0,0658 0,0669 0,0680 0,0690 0,0701 0,0712 0,0722
0,2175 0,2172 0,2168 0,2166 0,2163 0,2160 0,2157 0,2153 0,2150 0,2147
29 30
11,94586 12,26857
1179,0 1175,1
0,0200 0,0194
19,816 20,156
62,428 62,483
0,0733 0,0744
0,2144 0,2140
210
Apéndice
Tabla Ap.1 Refrigerante 22. Propiedades del líquido y del vapor saturado. (Continuación)
a
Temp. °C
Presión kg/cm2
Densidad líquido kg/m3
V. específico vapor m3/kg
31
12,59128
1171,2
32 33
12,91961 13,25357
1167,2 1163,2
34
13,59737
35
13,94890
36 37 38
Entalpía orig. –40°C
Entropía orig. –40°C
Líquido Cal/kg
Vapor Cal/kg
Líquido Cal/(kg × °K)
Vapor Cal/(kg × °K)
0,0189
20,486
62,533
0,0755
0,2137
0,0184 0,0179
20,820 21,155
62,583 62,629
0,0766 0,0776
0,2134 0,2131
1159,0
0,0174
21,497
62,674
0,0787
0,2128
1154,9
0,0169
21,839
62,717
0,0798
0,2124
14,30325 14,66182 15,03023
1150,6 1146,3 1142,0
0,0165 0,0160 0,0156
22,177 22,510 22,841
62,754 62,788 62,818
0,0808 0,0819 0,0829
0,2121 0,2118 0,2114
39 40 41
15,40496 15,79095 16,17693
1137,6 1133,1 1128,5
0,0152 0,0148 0,0144
23,176 23,511 23,841
62,847 62,867 62,887
0,0840 0,0851 0,0861
0,2111 0,2107 0,2104
42 43 44
16,57417 16,97773 17,38692
1124,1 1119,4 1114,6
0,0140 0,0137 0,0133
24,180 24,524 24,869
62,907 62,931 62,956
0,0872 0,0882 0,0893
0,2101 0,2097 0,2094
45 46
17,80524 18,23201
1109,8 1105,0
0,0129 0,0126
25,217 25,567
62,978 62,998
0,0904 0,0914
0,2091 0,2087
47 48
18,66439 19,10241
1100,1 1095,2
0,0123 0,0120
25,917 26,268
63,018 63,040
0,0925 0,0935
0,2084 0,2080
49 50 51
19,54604 19,99531 20,45722
1090,3 1085,3 1080,2
0,0117 0,0114 0,0111
26,625 27,000 27,400
63,069 63,094 63,114
0,0946 0,0959 0,0972
0,2078 0,2076 0,2073
52 53
20,92476 21,39301
1075,2 1070,1
0,0108 0,0105
27,800 28,122
63,134 63,154
0,0983 0,0994
0,2071 0,2068
54
21,86547
1065,1
0,0103
28,456
63,168
0,1004
0,2065
Tabla obtenida por transformación de unidades inglesas a métricas e interpolación, a partir de la tabla de E. I. du Pont de Nemours 8 Company, 1945.
Apéndice
Tabla Ap.2 Propiedades de saturación del R-134a en función de la temperatura. Datos tomados de Tables and Diagrams for the Refrigeration Industry. INTERNATIONAL INSTITUTE OF REFRIGERATION, Paris, 1995.
Tabla Ap.2 Propiedades de saturación del R-134a en función de la temperatura. (Continuación) t ------ºC –103,30a
p s ----------MPa 0,00039
–102
0,00045
–100
0,00056
–98
0,00069
–96
0,00085
–94
0,00104
–92
0,00126
–90
0,00152
–88
0,00183
–86
0,00220
–84
0,00262
–82
0,00311
–80
0,00367
–78
0,00432
–76
0,00507
–74
0,00592
–72
0,00688
–70
0,00798
–68
0,00922
–66
0,01062
–64
0,01219
–62
0,01394
–60
0,01591
–58
0,01809
–56
0,02052
ρ --------------3 kg/m 1591,1 0,02817 1587,6 0,03231 1582,3 0,03969 1577,1 0,04849 1571,8 0,05890 1566,4 0,07117 1561,1 0,08556 1555,8 0,10236 1550,5 0,12186 1545,1 0,14443 1539,7 0,17042 1534,4 0,20023 1529,0 0,23429 1523,6 0,27307 1518,2 0,31705 1512,7 0,36677 1507,3 0,42278 1501,8 0,48568 1496,4 0,55610 1490,9 0,63470 1485,4 0,72218 1479,8 0,81927 1474,3 0,92676 1468,7 1,0454 1463,1 1,1761
h ------------kJ/kg 71,454 334,94 72,994 335,69 75,362 336,85 77,731 338,01 80,101 339,19 82,474 340,37 84,848 341,56 87,225 342,75 89,605 343,96 91,988 345,16 94,375 346,38 96,766 347,60 99,160 348,82 101,55 350,05 103,96 351,29 106,36 352,52 108,78 353,77 111,19 355,02 113,62 356,27 116,04 357,52 118,48 358,78 120,92 360,04 123,36 361,31 125,81 362,57 128,26 363,84
s -----------------------kJ/ ( kg K ) 0,4126 1,9639 0,4216 1,9565 0,4354 1,9455 0,4490 1,9350 0,4624 1,9250 0,4757 1,9153 0,4889 1,9061 0,5020 1,8972 0,5149 1,8887 0,5277 1,8805 0,5404 1,8727 0,5529 1,8652 0,5654 1,8580 0,5778 1,8511 0,5900 1,8445 0,6021 1,8382 0,6142 1,8321 0,6261 1,8264 0,6380 1,8208 0,6498 1,8155 0,6615 1,8104 0,6731 1,8056 0,6846 1,8009 0,6960 1,7965 0,7074 1,7922
211
212
Apéndice
Tabla Ap.2 Propiedades de saturación del R-134a en función de la temperatura. (Continuación) t ------ºC –54
p s ----------MPa 0,02321
–52
0,02618
–50
0,02945
–48
0,03305
–46
0,03700
–44
0,04133
–42
0,04606
–40
0,05121
–38
0,05682
–36
0,06291
–34
0,06951
–32
0,07666
–30
0,08438
–28 –26,08
0,09270 b
0,10133
–26
0,10167
–24
0,11130
–22
0,12165
–20
0,13273
–18
0,14460
–16
0,15728
–14
0,17082
–12
0,18524
–10
0,20060
–8
0,21693
–6
0,23428
–4
0,25268
ρ --------------3 kg/m 1457,5 1,3198 1451,9 1,4773 1446,3 1,6496 1440,6 1,8377 1434,9 2,0426 1429,2 2,2655 1423,4 2,5074 1417,7 2,7695 1411,9 3,0529 1406,0 3,3590 1400,2 3,6889 1394,3 4,0441 1388,4 4,4258 1382,4 4,8356 1376,6 5,2566 1376,4 5,2748 1370,4 5,7449 1364,3 6,2476 1358,2 6,7845 1352,1 7,3571 1345,9 7,9673 1339,7 8,6167 1333,4 9,3074 1327,1 10,041 1320,7 10,819 1314,3 11,645 1307,8 12,521
h ------------kJ/kg 130,73 365,11 133,19 366,38 135,67 367,65 138,15 368,92 140,64 370,19 143,13 371,46 145,63 372,73 148,14 374 150,65 375,27 153,18 376,53 155,71 377,79 158,24 379,06 160,79 380,31 163,34 381,57 165,80 382,77 165,90 382,82 168,47 384,07 171,05 385,31 173,63 386,55 176,22 387,78 178,83 389,01 181,44 390,23 184,06 391,45 186,69 392,66 189,33 393,86 191,98 395,06 194,64 396,25
s -----------------------kJ/ ( kg K ) 0,7186 1,7881 0,7298 1,7842 0,74ÍO 1,7805 0,7520 1,7770 0,7630 1,7736 0,7739 1,7703 0,7848 1,7672 0,7956 1,7643 0,8063 1,7615 0,8170 1,7588 0,8276 1,7562 0,8381 1,7538 0,8486 1,7514 0,8590 1,7492 0,8690 1,7472 0,8694 1,7471 0,8797 1,7450 0,8900 1,7431 0,9002 1,7413 0,9104 1,7395 0,9205 1,7379 0,9306 1,7363 0,9406 1,7347 0,9506 1,7333 0,9606 1,7319 0,9705 1,7306 0,9803 1,7294
Apéndice
Tabla Ap.2 Propiedades de saturación del R-134a en función de la temperatura. (Continuación) t ------ºC –2
p s ----------MPa 0,27217
0
0,29280
2
0,31462
4
0,33766
6
0,36198
8
0,38761
10
0,41461
12
0,44301
14
0,47288
16
0,50425
18
0,53718
20
0,57171
22
0,60789
24
0,64578
26
0,68543
28
0,72688
30
0,77020
32
0,81543
34
0,86263
36
0,91185
38
0,96315
40
1,0165
42
1,0722
44
1,1301
46
1,1903
48
1,2528
50
1,3179
ρ --------------3 kg/m 1301,3 13,447 1294,7 14,428 1288,1 15,464 1281,4 16,560 1274,6 17,717 1267,8 18,937 1260,9 20,225 1253,9 21,583 1246,9 23,014 1239,8 24,521 1232,6 26,109 1225,3 27,780 1217,9 29,538 1210,4 31,389 1202,9 33,335 1195,2 35,382 1187,4 37,535 1179,5 39,799 1171,5 42,179 1163,4 44,683 1155,1 47,315 1146,7 50,085 1138,1 52,998 1129,4 56,064 1120,5 59,291 1111,5 62,690 1102,3 66,271
h ------------kJ/kg 197,31 397,43 199,99 398,60 202,69 399,76 205,39 400,91 208,11 402,06 210,83 403,19 213,57 404,31 216,32 405,42 219,09 406,52 221,87 407,61 224,66 408,68 227,46 409,74 230,28 410,79 233,12 411,82 235,97 412,83 238,83 413,83 241,72 414,81 244,62 415,78 247,54 416,72 250,47 417,64 253,43 418,54 256,40 419,42 259,40 420,28 262,42 421,11 265,46 421,91 268,53 422,69 271,62 423,43
s -----------------------kJ/ ( kg K ) 0,9902 1,7282 1,0000 1,7270 1,0097 1,7260 1,0194 1,7249 1,0291 1,7239 1,0388 1,7230 1,0484 1,7221 1,0580 1,7212 1,0676 1,7204 1,0772 1,7195 1,0867 1,7188 1,0962 1,7180 1,1057 1,7173 1,1151 1,7165 1,1246 1,7158 1,1340 1,7151 1,1435 1,7144 1,1529 1,7138 1,1623 1,7131 1,1717 1,7124 1,1810 1,7117 1,1904 1,7110 1,1998 1,7103 1,2092 1,7096 1,2186 1,7088 1,2280 1,7080 1,2374 1,7072
213
214
Apéndice
Tabla Ap.2 Propiedades de saturación del R-134a en función de la temperatura. (Continuación)
a : b : c
t ------ºC 52
p s ----------MPa 1,3854
54
1,4554
56
1,5282
58
1,6036
60
1,6817
62
1,7628
64
1,8467
66
1,9336
68
2,0236
70
2,1168
72
2,2132
74
2,3129
76
2,4161
78
2,5228
80
2,6332
82
2,7473
84
2,8653
86
2,9873
88
3,1135
90
3,2441
92
3,3793
94
3,5193
96
3,6644
98
3,8152
100
3,9723
101,06°
4,0592
punto triple. punto de ebullición normal : punto triple
ρ --------------3 kg/m 1092,8 70,047 1083,2 74,030 1073,3 78,235 1063,2 82,678 1052,8 87,379 1042,2 92,357 1031,2 97,637 1019,9 103,24 1008,2 109,21 996,24 115,57 983,75 122,36 970,77 129,65 957,25 137,48 943,10 145,92 928,24 155,07 912,56 165,04 895,91 175,97 878,09 188,04 858,86 201,52 837,82 216,76 814,43 234,31 787,75 255,08 756,08 280,73 715,50 315,13 651,17 373,01 511,94 511,94
h ------------kJ/kg 274,74 424,14 277,88 424,82 281,06 425,46 284,26 426,07 287,50 426,62 290,77 427,14 294,09 427,60 297,44 428,01 300,83 428,36 304,28 428,64 307,77 428,86 311,32 428,99 314,94 429,04 318,62 428,98 322,39 428,81 326,24 428,51 330,20 428,05 334,28 427,41 338,51 426,55 342,92 425,41 347,58 423,91 352,57 421,92 358,07 419,18 364,47 415,13 373,29 407,68 389,63 389,63
s -----------------------kJ/ ( kg K ) 1,2468 1,7063 1,2563 1,7054 1,2657 1,7045 1,2752 1,7035 1,2848 1,7024 1,2943 1,7012 1,3040 1,7000 1,3136 1,6986 1,3233 1,6972 1,3331 1,6956 1,3430 1,6938 1,3530 1,6919 1,3630 1,6898 1,3732 1,6875 1,3836 1,6849 1,3941 1,6821 1,4049 1,6789 1,4159 1,6752 1,4272 1,6710 1,4390 1,6661 1,4513 1,6604 1,4645 1,6534 1,4789 1,6444 1,4956 1,6321 1,5187 1,6109 1,5620 1,5620
215
Apéndice
Tabla Ap.3 Propiedades en el estado de saturación del R404A. Datos tomados de Tables and Diagrams for the Refrigeration Industry. INTERNATIONAL INSTITUTE OF REFRIGERATION, Paris, 1995.
Tabla Ap.3 Propiedades en el estado de saturación del R404A. (Continuación) Temperatura
Presión
°C
MPa
Ebullición
Rocío
Volumen específico
Entalpía específica
dm3/kg
kJ/kg
Entropía específica kJ/(kg K)
Líquido
Vapor
Líquido
Vapor
Líquido
Vapor
–51,38 –50,17
–50,57 –49,36
0,080 0,085
0,7560 0,7581
227,817 215,208
133,459 134,945
336,589 337,323
0,7324 0,7391
1,6472 1,6455
–49,01 –47,90
–48,21 –47,11
0,090 0,095
0,7601 0,7620
203,953 193,844
136,367 137,731
338,023 338,692
0,7454 0,7515
1,6440 1,6426
–46,84 –42,96 –39,56
–46,05 –42,20 –38,82
0,10 0,12 0,14
0,7639 0,7709 0,7773
184,712 155,557 134,480
139,042 143,845 148,087
339,332 341,657 343,682
0,7573 0,7783 0,7965
1,6412 1,6366 1,6329
–36,52 –33,76 –31,23
–35,80 –33,05 –30,54
0,16 0,18 0,20
0,7831 0,7885 0,7936
118,507 105,971 95,860
151,905 155,391 158,606
345,479 347,098 348,573
0,8127 0,8272 0,8405
1,6298 1,6272 1,6249
–28,89
–28,21
0,22
0,7984
87,526
161,599
349,928
0,8528
1,6230
–26,71 –24,66 –22,73
–26,04 –24,00 –22,08
0,24 0,26 0,28
0,8030 0,8074 0,8116
80,535 74,584 69,453
164,403 167,046 169,549
351,182 352,350 353,442
0,8641 0,8748 0,8847
1,6213 1,6197 1,6183
–20,90 –19,17 –17,51
–20,26 –18,54 –16,89
0,30 0,32 0,34
0,8157 0,8196 0,8234
64,983 61,053 57,569
171,929 174,202 176,377
354,470 355,439 356,356
0,8941 0,9030 0,9115
1,6171 1,6159 1,6149
–15,93 –14,41 –12,95
–15,31 –13,80 –12,35
0,36 0,38 0,40
0,8271 0,8308 0,8343
54,458 51,663 49,138
178,467 180,477 182,417
357,226 358,054 358,844
0,9196 0,9273 0,9347
1,6139 1,6130 1,6122
–11,55
–10,96
0,42
0,8378
46,845
184,291
359,599
0,9419
1,6114
–10,20 –8,89 –7,62
–9,61 –8,31 –7,05
0,44 0,46 0,48
0,8412 0,8445 0,8478
44,753 42,836 41,074
186,106 187,866 189,575
360,322 361,015 361,680
0,9487 0,9553 0,9617
1,6107 1,6100 1,6093
–6,39 –5,20 –4,05
–5,83 –4,64 –3,49
0,50 0,52 0,54
0,8510 0,8542 0,8574
39,447 37,940 36,542
191,238 192,856 194,434
362,320 362,936 363,529
0,9679 0,9739 0,9797
1,6087 1,6081 1,6075
–2,92 –1,83 –0,76 0,28 1,29 2,29 3,26 4,20 5,13 6,04 6,93
–2,37 –1,28 –0,22 0,82 1,83 2,81 3,78 4,72 5,65 6,55 7,44
0,56 0,58 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76
0,8604 0,8635 0,8665 0,8695 0,8725 0,8754 0,8783 0,8812 0,8840 0,8869 0,8897
35,239 34,023 32,885 31,818 30,815 29,870 28,979 28,137 27,340 26,585 25,867
195,973 197,477 198,947 200,386 201,794 203,175 204,528 205,857 207,161 208,443 209,702
364,102 364,655 365,190 365,707 366,207 366,692 367,162 367,618 368,060 368,489 368,906
0,9854 0,9908 0,9962 1,0014 1,0065 1,0114 1,0163 1,0210 1,0256 1,0302 1,0346
1,6070 1,6065 1,6060 1,6055 1,6051 1,6046 1,6042 1,6038 1,6034 1,6030 1,6026
216
Apéndice
Tabla Ap.3 Propiedades en el estado de saturación del R404A. (Continuación) Temperatura
Presión
Volumen específico
°C
MPa
dm3/kg
Ebullición
Rocío
Entalpía específica kJ/kg
Entropía específica kJ/(kg K)
Líquido
Vapor
Líquido
Vapor
Líquido
Vapor
7,81
8,31
0,78
0,8925
25,185
210,941
369,311
1,0390
1,6022
8,66 9,50
9,16 10,00
0,80 0,82
0,8953 0,8980
24,536 23,917
212,160 213,360
369,705 370,088
1,0432 1,0474
1,6019 1,6015
10,33
10,82
0,84
0,9008
23,327
214,542
370,460
1,0515
1,6011
11,14 11,94
11,63 12,42
0,86 0,88
0,9035 0,9062
22,762 22,223
215,707 216,855
370,823 371,175
1,0556 1,0595
1,6008 1,6005
12,72
13,20
0,90
0,9090
21,706
217,987
371,518
1,0634
1,6001
13,49 14,25 15,00
13,97 14,73 15,47
0,92 0,94 0,96
0,9117 0,9144 0,9170
21,211 20,736 20,281
219,104 220,206 221,294
371,852 372,178 372,495
1,0673 1,0711 1,0748
1,5998 1,5995 1,5991
15,74 16,46 18,22
16,20 16,92 18,68
0,98 1,00 1,05
0,9197 0,9224 0,9291
19,843 19,421 18,436
222,368 223,429 226,027
372,803 373,104 373,823
1,0784 1,0820 1,0908
1,5988 1,5985 1,5977
19,93 21,57
20,37 22,01
1,10 1,15
0,9357 0,9423
17,536 16,711
228,553 231,012
374,496 375,128
1,0993 1,1075
1,5969 1,5962
23,17 24,71
23,60 25,13
1,20 1,25
0,9489 0,9555
15,951 15,250
233,411 235,752
375,720 376,274
1,1155 1,1232
1,5954 1,5947
26,21 27,66 29,08
26,63 28,07 29,48
1,30 1,35 1,40
0,9621 0,9688 0,9754
14,600 13,996 13,433
238,042 240,283 242,478
376,793 377,278 377,731
1,1307 1,1380 1,1451
1,5939 1,5931 1,5924
30,46 31,80
30,86 32,19
1,45 1,50
0,9821 0,9889
12,906 12,413
244,632 246,747
378,153 378,546
1,1521 1,1589
1,5916 1,5908
33,12 34,39 35,64
33,50 34,77 36,02
1,55 1,60 1,65
0,9956 1,0025 1,0094
11,950 11,514 11,103
248,825 250,869 252,881
378,909 379,244 379,553
1,1655 1,1720 1,1784
1,5900 1,5892 1,5884
36,87 38,06 39,23
37,23 38,42 39,58
1,70 1,75 1,80
1,0163 1,0234 1,0305
10,715 10,347 9,998
254,862 256,816 258,744
379,834 380,090 380,320
1,1846 1,1907 1,1967
1,5875 1,5866 1,5857
40,38 41,50
40,72 41,84
1,85 1,90
1,0377 1,0450
9,667 9,351
260,647 262,527
380,526 380,706
1,2027 1,2085
1,5848 1,5839
42,60 43,67 44,73 45,77 46,79 47,79 48,78 49,74 50,70 51,63 52,55
42,93 44,01 45,06 46,09 47,10 48,10 49,08 50,04 50,99 51,92 52,83
1,95 2,00 2,05 2,10 2,15 2,20 2,25 2,30 2,35 2,40 2,45
1,0524 1,0599 1,0676 1,0753 1,0832 1,0913 1,0996 1,1080 1,1166 1,1254 1,1344
9,051 8,764 8,490 8,228 7,977 7,736 7,504 7,281 7,066 6,859 6,659
264,386 266,225 268,045 269,848 271,635 273,407 275,165 276,912 278,647 280,373 282,090
380,862 380,994 381,101 381,183 381,242 381,276 381,284 381,268 381,226 381,158 381,064
1,2142 1,2199 1,2254 1,2309 1,2363 1,2417 1,2470 1,2523 1,2575 1,2626 1,2677
1,5829 1,5819 1,5809 1,5799 1,5788 1,5777 1,5765 1,5753 1,5741 1,5728 1,5715
217
Apéndice
Tabla Ap.3 Propiedades en el estado de saturación del R404A. (Continuación) Temperatura
Presión
Volumen específico
°C
MPa
dm3/kg
Ebullición
Rocío
Entalpía específica kJ/kg
Entropía específica kJ/(kg K)
Líquido
Vapor
Líquido
Vapor
Líquido
Vapor
53,46
53,73
2,50
1,1437
6,466
283,800
380,942
1,2728
1,5701
54,35 55,23
54,62 55,49
2,55 2,60
1,1532 1,1631
6,278 6,097
285,504 287,204
380,791 380,611
1,2778 1,2828
1,5687 1,5672
56,09
56,35
2,65
1,1732
5,921
288,900
380,401
1,2878
1,5656
56,94 57,78 58,61
57,20 58,03 58,85
2,70 2,75 2,80
1,1837 1,1945 1,2058
5,750 5,583 5,421
290,595 292,290 293,987
380,158 379,882 379,571
1,2928 1,2977 1,3026
1,5640 1,5623 1,5605
59,43 60,23
59,66 60,46
2,85 2,90
1,2175 1,2297
5,262 5,108
295,689 297,396
379,222 378,832
1,3076 1,3125
1,5587 1,5567
Propiedades calculadas utilizando la referencia McLinden M. O., Klein S. A., Lemon E. W. y Peskin A– P., 1998, NIST Standard Reference Database 23, NIST thermodynamic and transport properties of refrigerants and refrigerant mixtures REFPROP, version 6.01. Standard Reference Data Program, National Institute of Standards and Technology. Referencia IIF: para líquido saturado at 0°C, h = 200.0 kJ/kg y s = 1.00 kJ/(kg K) .
Bibliografía ESTUDIO COMPARATIVO DE DISTINTOS CICLOS DE REFRIGERACIÓN, Luis Rotaeche MANUAL DE AIRE ACONDICIONADO, Carrier REFRIGERACIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DE AIRE, W. F. Stoecker EL MANTENIMIENTO EN ESPAÑA, Asociación Española de Mantenimiento ORGANIZACIÓN Y LIDERAZGO DEL MANTENIMIENTO, J. D. Campbell PRINCIPIOS DE REFRIGERACIÓN, Roy J. Dossat ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE Y REFRIGERACIÓN, Carlo Pizzetti INGENIERÍA DE ÁMBITO TÉRMICO, James L. Threlkel REFRIGERACIÓN AUTOMÁTICA, J. Alarcón Creus NUEVO CURSO DE INGENIERÍA DEL FRÍO, Colegio Oficial de Ingenieros Agrónomos de Murcia INSTALACIONES FRIGORÍFICAS, P. J. Rapin
219
Agradecimientos Sería muy difícil reflejar en este apartado todas las empresas o personas que con sus opiniones me ayudaron a elaborar este libro. No obstante quiero mostrar mi agradecimiento a las empresas, que con su documentación técnica y gráficos, me ayudaron a completar los distintos capítulos: Afrisa, Alco, Alfa-Laval, Aspera, Bitzer, Castel, Castrol, Danfoss, Eco, Flica, Frimetal, Gas-servei, Interclisa-carrier, Mycom, Pecomark, Ramón Vizcaíno, Sporlan, Suva-Dupont, Tefrinca, Trane. Agradecer a la Editorial Reverté S.A. la confianza depositada en este libro, así como el importante apoyo técnico recibido. Asimismo, mostrar mi especial agradecimiento a la Consellería de Pesca y Asuntos Marítimos de la Xunta de Galicia por su colaboración en la publicación.
221
Índice alfabético A aceite carga a través de la válvula de servicio de aspiración 182 carga de 181 influencia en los evaporadores 125 línea de retorno 12 ácidos, contaminación de un circuito 184 acid-test 53 acumulador de aspiración 17 acumulador de líquido 12 agente desecante, eficacia 16 agua jabonosa, detección de fugas 167 aire acondicionado evaporadores de expansión indirecta 110 por sistema indirecto 111 analizador 161 carga de fluido refrigerante a través del 170 esquema del 161 manguera amarilla 162 manguera azul 162 manguera roja 162 aros de compresión 35 aros de engrase 35 aspiración (cilindro) 39 averías y soluciones 203
aumento excesivo de la presión de descarga 204 carga y descarga intermitente del compresor 206 presión de aceite muy alta 206 presión de aceite muy baja 206 presión de aspiración muy alta 205 presión de aspiración muy baja 205 presión de descarga muy baja 204
B biela 35 bloque (compresor) 34 bomba de circulación del agua 93 bomba de engranajes 43 bomba de lavado 184 bomba de vacío 164, 165 bomba manual 181 boquilla distribuidora 143 en una instalación de evaporador 144 bornes, identificación de los 49 botellas de refrigerante 162 comprobación del fluido 163 bulbo carga del 139 colocación del 137, 138
223
224
Índice alfabético
C cabeza de biela 35 caída de presión 93, 142 calor disipado en el condensador 78 calor latente 78 calor sensible 78 camisa (cilindro) 34 capacidad corregida 115 capacidad del condensador 68, 78, 97 capacidad del evaporador 103 en función de Δt 125 capacidad nominal 115 cápsulas fluorescentes, detección de fugas 167 carga de aceite 181 a través de la válvula de servicio de aspiración 182 carrera (cilindro) 38 carrera ascendente 40 carrera descendente 40 cárter 34 resistencia calefactora 11 caudal de refrigerante 67 central enfriadora de agua 110 chavetero 36 ciclo de desescarche 123 ciclo estándar de refrigeración 22 comparación con el ciclo práctico 26 diagrama p-h 24 ciclo práctico 26 comparación con el ciclo estándar de refrigeración 26 ciclo real 27 diagrama p-h 27 cilindro (compresor) 34 aspiración 39 carrera 38 compresión 39 descarga 39 espacio neutro 39 punto muerto alto o superior 38 punto muerto bajo o inferior 38 volumen desplazado por el pistón 39 volumen total 39 circuito contaminación con ácidos 184 lavado del 184 preparación para su lavado 184 circuitos de arranque 50
codificación de fluidos refrigerantes 199 compresión (cilindro) 39 compresor 2, 33 biela 35 bloque 34 carga y descarga intermitente 206 cárter 34 cilindro 34 circuito de lubricación 42 con resistencia eléctrica en el cárter 11 con válvula de servicio de aceite 182 control de presión diferencial de aceite 9 culata 37 determinación de la temperatura de descarga 63 eje cigüeñal 36 eje de excéntrica 36 elementos 34 émbolo 35 funcionamiento 40 funcionamiento en régimen húmedo 74 funcionamiento en régimen seco 74 diagrama p-h 75 lubricación 41 bomba de engranajes 43 pistón 35 potencia 68 potencia efectiva 68 relación de compresión 43 rendimiento volumétrico 43 terminología 38 tipos más empleados en la refrigeración 33 valores fundamentales 43 válvulas de aspiración y descarga 37 válvulas de seguridad internas 38 volumen desplazado 44 compresores abiertos 54, 55 características de funcionamiento 56 de dos etapas 58 funcionamiento 58 de tornillo 62 válvulas de servicio 168 compresores alternativos 34 abiertos 54, 55 despiece 44, 45 plato de válvulas 37 terminología de un cilindro 38 compresores de doble etapa 56 aplicados a un compresor abierto 58 aplicados a un compresor semihermético 57
Índice alfabético
compresores de husillo 61 compresores de tornillo 61 circuito de aceite 63 compresores de transmisión por acoplamiento directo 55 por poleas 54 compresores helicoidales 61 importancia del aceite 62 rotor primario 61 rotor secundario 61 semihermético 70 disposición de los controles de capacidad 70 valores de la relación de compresión 63 compresores herméticos 46 características 48, 50 características del funcionamiento 47 circuitos de arranque 50 componentes eléctricos 51 conceptos eléctricos fundamentales 48 condensador de marcha 51 contaminación del circuito por ácidos 52 dispositivo de protección 51 dispositivos de seguridad 48 identificación de los bornes 49 medición de la resistencia del 49 sistema de arranque RSIR 50 vista superior 47 compresores rotativos 60 de excéntrica 60 de paletas 60 compresores semiherméticos 52 alternativos de dos etapas 56 con aspiración lado del motor 52 contaminación del circuito por ácidos 52 de doble etapa 56, 57 de tornillo 62 filtro de aspiración 53 compuestos isómeros 201 compuestos no saturados 200 condensación, diagrama p-h 78 condensador de marcha 51 condensadores 2, 77 cálculo de la capacidad 97 calor disipado 78 capacidad 68, 78 consecuencia de una elevada presión de condensación 102 de doble tubo 79 conexionado 79
225
determinación del caudal de agua 101 factor del refrigerante 100 funcionamiento 77 importancia y efectos del subenfriamiento 95 obtención del factor de calor de comprensión 100 por agua 79 selección 99 tipos de 79 condensadores de aire forzado 85 condensadores evaporativos 87, 88 capacidades 90 factor "K" de corrección 90 instalación 88 mantenimiento 89 selección 89 y torres de refrigeración, diferencias en el montaje 95 condensadores mixtos 87 condensadores multitubulares 80 eliminación de incondensables 83 horizontales 80 importancia de un correcto mantenimiento 83 incondensables 82 parámetros de funcionamiento 81 condensadores por aire 84 de tubo con aletas 85 de tubo liso 84 mantenimiento 87 parámetros de funcionamiento 86 condensador-recipiente 81 COP 123 cortacapilares 129 culata 37 refrigerada por agua 37 refrigerada por aire 37
D derivados cíclicos 200 descarga (cilindro) 39 desescarche 117 ciclo normal del evaporador 123 conexión eléctrica de las resistencias 118 de instalación con dos evaporadores 121, 122 por agua 117, 118 por gas caliente 120 por inversión del ciclo 123, 124
226
Índice alfabético
por resistencias eléctricas 118, 119 tipos de 117 detectores de fuga 166 diagrama de Mollier 21 estudio del 21 diagrama p-h cálculo de la capacidad de un condensador 98, 99 ciclo real 27 de un refrigerante 22 estudio de la condensación 78 estudio del subenfriamiento 95 funcionamiento de compresores en régimen seco y húmedo 75 representación del ciclo estándar 24 representación del ciclo para calcular la potencia frigorífica 66 variación de la presión de aspiración 71 variación de la presión de condensación 72 zonas características 22 dispositivos de expansión 2, 127 boquilla distribuidora 143 recalentamiento 132 alto 135 bajo 134 tubos capilares 128 válvulas de expansión de flotador 148 válvulas de expansión termostática 129 con igualador externo de presión 139 con MOP 144 dosificador 163, 164 manejo del 163
E eje cigüeñal 36 eje de excéntrica 36 electroválvula 7 émbolo 35 enfriador de líquido multitubular 112 enfriadores de líquido 112 engranaje conducido 43 engranaje conductor 43 equipo de carga y vacío 165 espacio neutro 39 estadillos 194 evaporadores 2, 103 capacidad 103 capacidad en función de Δt 125 capacidad nominal 115 clasificación 104
de expansión directa 108 de expansión indirecta 109 de tubo con aletas 107 de tubo liso 106 desescarche 117 determinación de la capacidad 113 disposición de tubos al tresbolillo 108 efectos de la presión de aspiración 124 evolución del fluido refrigerante 132 expansión indirecta en instalaciones de aire acondicionado 110 factor de corrección 115 fan-coil 110 influencia del aceite 125 instalación con boquilla distribuidora 144 por circulación forzada 107 por circulación natural 107 salto térmico 113 según el estado del fluido refrigerante 104 según su construcción 106 selección 115 sistemas de expansión directa 108 sistemas de expansión indirecta 108 tipos de desescarche 117 ventajas de la expansión indirecta 110 evaporadores inundados 104 instalación con 105 evaporadores secos 106 evaporadores semiinundados 105 expansión directa 108 expansión indirecta 109 en instalaciones de aire acondicionado 110 ventajas 110 expansión, dispositivo de 2 2
F factor "K" de corrección 90 factor de calor de compresión 100 factor de corrección 115 factor del refrigerante 100 fan-coil 110, 111 mantenimiento 112 filtro de aspiración 53 filtro de humedad 15 filtro reversible 16 filtro, para válvulas de expansión termostática 142 fluido refrigerante 3 carga a través del analizador 170 carga en estado líquido 175, 176 evolución del 132
Índice alfabético
fluidos refrigerantes 197 codificación de los 199 compatibilidad y miscibilidad con lubricantes 183 compuestos isómeros 201 compuestos no saturados 200 derivados cíclicos 200 gases refrigerantes alternativos al R-12 y el R-502 198 gases refrigerantes definitivos 199 mezclas azeotrópicas 201 fluidos refrigerantes inorgánicos 201 frigorífero 110 frigorígeno 110 fugas agua jabonosa 167 cápsulas fluorescentes 167 detector electrónico de 167 detectores 166 listoncitos de madera impregnados de azufre 167 funcionamiento de la instalación funciones principales 2
G galgas de capilares 129 gases refrigerantes alternativos al R-12 y el R-502 198 gases refrigerantes definitivos 199
H hermeticidad, comprobación 176
227
comprobación de la regulación de los presostatos 179 comprobación del contenido de botellas de refrigerante 163 con dos cámaras a distintas temperaturas 153 contaminación de un circuito por ácidos 184 detectores de fuga 166 dosificador 163 estadillos 194 lavado del circuito 184 manejo 159 manómetros 159 objetivo del mantenimiento 186 órdenes de trabajo 192 plan de mantenimiento 190 prueba de vacío 178 realización de la prueba de vacío 177 repuestos 193 tipos de mantenimiento 186 válvula de intervención 165 válvula de servicio de descarga 172 válvula rotalock 173 válvulas de servicio 167 válvulas de servicio de aspiración 168 intercambiador de calor 18 instalación 18 inyección parcial 58 inyección total 58
K klixon 48
I
L
igualador externo, montaje 142 incondensables 82 elementos que intervienen en su eliminación 83 eliminación 83 instalaciones frigoríficas analizador 161 averías más comunes 203 averías y soluciones 203 bomba de vacío 164 botellas de refrigerante 162 carga de aceite 181 carga de fluido refrigerante en estado gas 170 carga de fluido refrigerante en estado líquido 176 comprobación de la hermeticidad 176
lámpara halógena 166 lavado del circuito 184 línea de retorno de aceite 12 listoncitos de madera impregnados de azufre, detección de fugas 167 llave de carraca 168 lubricación (compresor) 41 bomba de engranajes 43 circuito de 42 lubricantes, compatibilidad y miscibilidad con 183
M manómetros 159 distinción por sus colores 159 escalas 160
228
Índice alfabético
lectura de 160 principales características 159 mantenimiento objetivo 186 órdenes de trabajo 192 plan de 190 tipos de 186 mantenimiento contratado 188 mantenimiento correctivo 187 mantenimiento no planificado 187 mantenimiento planificado 187 mantenimiento predictivo 187 diferencias con el mantenimiento preventivo 189 mantenimiento preventivo 187 diferencias con el mantenimiento predictivo 189 ejemplo de aplicación 189 mantenimiento programado 188 mezclas azeotrópicas 201 Mollier, véase Diagrama de Mollier MOP 144
órdenes de trabajo 192
efectos sobre el evaporador 124 variación en el diagrama p-h 71 presión de aspiración muy alta 205 presión de aspiración muy baja 205 presión de condensación 102 variación en el diagrama p-h 72 presión de descarga aumento excesivo 204 presión de descarga muy baja 204 presostato combinado 5, 6 comprobación 180 conexionado al circuito 6 presostato diferencial de aceite 8, 9 presostatos 5 comprobación de la regulación de los 179 presostatos de alta presión 5 presostatos de baja presión 5 prueba de presión 178, 179 prueba de vacío realización de la 177 puente de manómetros 161 punto muerto alto 38 punto muerto bajo 38 punto muerto inferior 38 punto muerto superior 38
P
R
pie de biela 35 pistón 35 potencia del compresor 68 potencia efectiva 39 del compresor 68 potencia frigorífica 65 con subenfriamiento 96 efecto de las variaciones de presión 71 regulación 69 representación del ciclo mediante el diagrama p-h para el cálculo 66 sin subenfriamiento 96 sistemas de regulación 69 potencia frigorífica bruta 67 potencia frigorífica neta 66 potencia indicada 39 presión efecto sobre la potencia frigorífica 71 prueba de 179 prueba de la 178 presión de aceite muy alta 206 presión de aceite muy baja 206 presión de aspiración
recalentamiento 132 determinación práctica 136 evolución del fluido refrigerante 132 recalentamiento alto 135 ejemplo 137 síntoma externo 135 recalentamiento bajo 134 ejemplo 136 recipiente de líquido 12 horizontal 13 vertical 14 refrigeración, ciclo estándar 22 refrigerante, diagrama p-h 22 régimen húmedo 74 régimen seco 75 regulador de capacidad 156 instalación del 156 regulador de presión de aspiración 154 instalación del 154 regulador de presión de condensación 155 instalación del 155 regulador de presión de evaporación 151 características 152
O
Índice alfabético
229
instalación del 152 regulación 152 reguladores 151 regulador de capacidad 156 regulador de presión de condensación 155 regulador de presión de evaporación 151 válvula para control de agua 157 relación de compresión 43 para compresores helicoidales 63 rendimiento mecánico 40 rendimiento volumétrico 43 repuestos 193 resistencia calefactora (del cárter) 11 rotor de excéntrica 60 rotor de paletas 60 rotor primario 61 rotor secundario 61
térmico 48 termómetro-termostato electrónico 8 termostato 7 termostato con depósito de gas 7 torres de refrigeración 91 bomba de circulación del agua 93 caídas de presión 93 panel o relleno 91 y condensador evaporativo, diferencias en el montaje 95 tubos al tresbolillo 108 tubos capilares 128 características fundamentales 129 sustitución 129
S
V
salto térmico en evaporadores 113 separador de aceite sistemas de refrigeración por compresión separador de aceite 11 separador de líquido 17 sistema de arranque RSIR 50 sistemas de expansión directa 108 sistemas de expansión indirecta 108 sistemas de refrigeración por compresión 1 acumulador de aspiración 17 alta y baja presión 3 elementos complementarios 10 elementos de seguridad y control 4 elementos fundamentales 1 fluido refrigerante 3 funcionamiento de la instalación 9 funciones principales 2 intercambiador de calor 18 línea de retorno de aceite 12 recipiente de líquido 12 resistencia calefactora (del cárter) 11 visor 16 subenfriador de líquido 57 subenfriamiento diagrama p-h 95 importancia y efectos 95 y potencia frigorífica 96
vacío, prueba de 177 válvula de agua controlada por presión 157 instalación de una 157 válvula de alta presión 149 instalación de la 149 válvula de baja presión 148 instalación de la 148 válvula de intervención 165 montaje 165 válvula de maniobra de tres vías 171 funcionamiento 172 válvula de servicio de descarga 172 funcionamiento 173 válvula de solenoide (o electroválvula) 7, 8 válvula obús 164 válvula para control de agua 157 válvula rotalock 173 funcionamiento 173 montada en un recipiente de líquido 174 válvulas de aspiración y descarga (compresor) 37 válvulas de expansión de flotador 148 conclusiones 150 válvula de alta presión 149 válvula de baja presión 148 válvulas de expansión termostática con MOP 144 válvulas de expansión termostáticas 129 carga del bulbo 139 colocación del bulbo 137, 138 conceptos genéricos 147 funcionamiento 130
T temperatura de descarga 63 obtención por medio del diagrama p-h 64
U unidades condensadoras 59
230
Índice alfabético
presiones que actúan 131 recalentamiento 132 selección 145 válvulas de expansión termostáticas con igualador externo 139, 140 caídas de presión 142 filtro y tobera 142 funcionamiento 141 montaje del igualador externo 142 válvulas de expansión termostáticas con igualador interno 131 funcionamiento 134 funcionamiento en un evaporador con caída de presión 140
válvulas de seguridad 13 válvulas de seguridad internas (compresor) 38 válvulas de servicio 167 compresor abierto 168 válvulas de servicio de aspiración 168, 169 carga de aceite a través de 182 funcionamiento 169 ventilador-serpentín 110 visor 16 visor montado en paralelo 17 volumen desplazado 44 volumen desplazado por el pistón (cilindro) 39 volumen total del cilindro 39
