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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

Propiedad de: EDITORIAL REVERTÉ, S. A. Loreto, 13-15, Local B 08029 Barcelona Tel: (34) 93 419 33 36 Fax: (34) 93 419 51 89 [email protected] www.reverte.com

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Prólogo

Cuando tuve la ocasión de leer este libro, que en ese momento aún era un borra-dor, entendí perfectamente la influencia, en todo su desarrollo, que tuvieron estu-diantes, profesionales del sector y profesores a los que el autor impartió cursos dela especialidad, ya que fueron ellos los que le animaron a recopilar en un libro lostemas impartidos en las clases.

Su experiencia docente y profesional han sido determinantes para compaginarestas dos actividades en el libro, ya que de una parte el contenido se adapta a losprogramas oficiales de enseñanza (media y superior), y por otra, es un libro deapoyo y consulta para los profesionales del sector.

Por ello, creo que en el intento de encontrar ese equilibrio entre ambas activi-dades en todos los temas, está este resultado de tratar de una manera práctica lossistemas de refrigeración.

No es necesario tener conocimientos en la materia, ya que todos los temas setratan desde un nivel de iniciación con un lenguaje sencillo y práctico, y profun-dizando en su estudio a medida que se desarrollan. Además hay que destacar elconstante recurso del autor a los gráficos y esquemas, así como a los numerososejemplos de aplicaciones en todos los temas para facilitar su comprensión.

Se puede decir que el libro está constituido por tres partes perfectamentedefinidas:

Una primera, que abarca hasta el capítulo siete, donde se estudian los elemen-tos fundamentales, los complementarios, así como los de seguridad y control deuna instalación. Todo ello se trata, a modo de introducción, desde sus conceptosmás 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 laimportancia del conocimiento y manejo del diagrama de Mollier, y su aplicaciónen las instalaciones.

La segunda parte es totalmente práctica y está dedicada al manejo de las ins-talaciones, recogida en el capítulo octavo y que trata, entre otros, de la interpreta-ción de los manómetros, ya que a través de los mismos obtenemos unainformación muy importante del estado de las instalaciones, los útiles más em-pleados, su funcionamiento y aplicaciones (bombas de vacío, dosificadores, ana-lizadores, etc.). También se abordan las operaciones más frecuentes que serealizan, 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 comoel estudio y manejo de las válvulas de servicio, de gran importancia para el co-rrecto funcionamiento de las instalaciones.

Finalmente, una tercera parte, que comprende los tres últimos capítulos. Elprimero de ellos, el capítulo 9, está dedicado principalmente al mantenimiento delas instalaciones, cuya aplicación es cada día más importante. Aquí se estudian losobjetivos, los distintos tipos que se pueden aplicar, la elaboración de un plan demantenimiento y los medios para recabar la información necesaria con objeto decontrolar su ejecución y establecer las mejoras necesarias. El capítulo 10 trata delos fluidos refrigerantes alternativos, definitivos, y su ámbito de aplicación en lasinstalaciones. Por último, el capítulo 11 hace referencia a la conducción de las ins-talaciones, donde se recogen las averías más frecuentes y comunes a los distintossistemas, los motivos que las originan y sus soluciones.

En definitiva, con este libro se ha conseguido recopilar conceptos y aplicacio-nes prácticas muy importantes de los sistemas de refrigeración, que pueden ayu-dar a ver “alguna luz en el túnel, y no solamente el referido al de congelación”, yademás de tal manera que su lectura se hace cómoda y agradable.

Ramón Gómez RodríguezProfesor Numerario del Área de Conocimiento

de Máquinas y Motores TérmicosDepartamento de Energía y Propulsión Marina

Universidad de La Coruña

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Índice analítico

Prólogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v

Índice analítico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii

CAPÍTULO 1 Sistemas de refrigeración por compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1 Elementos fundamentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.1 Funciones principales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1.2 Fluido refrigerante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2 Alta y baja presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.3 Elementos de seguridad y control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3.1 Presostatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3.2 Termostato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3.3 Válvula de solenoide (o electroválvula) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3.4 Presostato diferencial de aceite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4 Funcionamiento de la instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.5 Elementos complementarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.5.1 Resistencia calefactora (del cárter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.5.2 Separador de aceite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.5.3 Recipiente de líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

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1.5.4 Filtros de humedad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.5.5 Visor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5.6 Acumulador de aspiración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.5.7 Intercambiador de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

CAPÍTULO 2 Diagrama de Mollier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.1 Estudio del diagrama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.1.1 Proceso de realización del ciclo estándar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2 Ciclo práctico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3 Ciclo real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

CAPÍTULO 3 Compresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.1 Estudio de los compresores alternativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.1.1 Elementos del compresor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.1.2 Terminología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.1.3 Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.1.4 Lubricación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.1.5 Valores fundamentales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.1.6 Despiece de un compresor alternativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.2 Compresores herméticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.2.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.2.2 Características del funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.2.3 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.2.4 Dispositivos de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.2.5 Conceptos eléctricos fundamentales

de los compresores herméticos483.3 Compresores semiherméticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.3.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.3.2 Ácidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.3.3 Filtro de aspiración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.4 Compresores abiertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.4.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.4.2 Características de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563.4.3 Compresores de doble etapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.5 Unidades condensadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.6 Compresores rotativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.6.1 De excéntrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.6.2 De paletas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.7 Compresores helicoidales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.7.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

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3.7.2 Importancia del aceite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623.7.3 Valores de la relación de compresión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.8 Determinación de la temperatura de descarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633.9 Potencia frigorífica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653.10 Regulación de la potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.10.1 Sistemas de regulación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693.11 Variaciones de las presiones y su repercusión en las potencias . . . . . . . . 713.12 Funcionamiento en régimen seco y en régimen húmedo . . . . . . . . . . . . . 74

CAPÍTULO 4 Condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774.1 Introducción y conceptos genéricos de su funcionamiento . . . . . . . . . . . . 774.2 Capacidad de un condensador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784.3 Tipos de condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.3.1 Por agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 794.3.2 Por aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 844.3.3 Mixtos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4.4 Torres de refrigeración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 914.4.1 Bomba de circulación del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4.5 Diferencias en el montaje de una torre o un condensador evaporativo . . . 954.6 Importancia y efectos del subenfriamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954.7 Cálculo de la capacidad de un condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974.8 Selección del condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994.9 Determinación del caudal de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

CAPÍTULO 5 Evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

5.1 Capacidad del evaporador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1035.2 Clasificación de los evaporadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

5.2.1 Evaporadores según el estado del fluido refrigerante en su interior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

5.2.2 Evaporadores según su construcción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1065.3 Expansión directa e indirecta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

5.3.1 Expansión directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1085.3.2 Expansión indirecta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

5.4 Salto térmico en los evaporadores (Dt). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1135.5 Determinación de la capacidad de un evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1135.6 Selección de un evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1155.7 Desescarche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

5.7.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1175.7.2 Tipos de desescarche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

5.8 Efectos de la presión de aspiración en el evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . 1245.9 Influencia del aceite en el evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

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CAPÍTULO 6 Dispositivos de expansión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

6.1 Tubos capilares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1286.1.1 Sustitución del tubo capilar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

6.2 Válvulas de expansión termostáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1296.2.1 Funcionamiento de la válvula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1306.2.2 Recalentamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1326.2.3 Colocación del bulbo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1376.2.4 Carga del bulbo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

6.3 Válvulas de expansión termostáticas con igualador externo de presión . . . . . 1396.3.1 Montaje del igualador externo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1426.3.2 Caídas de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1426.3.3 Filtro y tobera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

6.4 Boquillas distribuidoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1436.5 Válvulas de expansión termostáticas con MOP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1446.6 Selección de La válvula de expansión termostática. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1456.7 Conceptos genéricos de las válvulas de expansión termostáticas . . . . . . . 1476.8 Válvulas de expansión de flotador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

6.8.1 Válvula de baja presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1486.8.2 Válvula de alta presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1496.8.3 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

CAPÍTULO 7 Reguladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

7.1 Regulador de presión de evaporación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1517.2 Regulador de presión de aspiración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1547.3 Regulador de presión de condensación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1557.4 Regulador de capacidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1567.5 Válvulas para control de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

CAPÍTULO 8 Manejo de las instalaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

8.1 Manómetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1598.2 Analizador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1618.3 Botellas de refrigerante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1628.4 Dosificador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1638.5 Bomba de vacío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1648.6 Válvulas de intervención . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1658.7 Detectores de fugas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1668.8 Válvulas de servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

8.8.1 Válvulas de servicio de aspiración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

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8.9 Comprobación de la hermeticidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1768.9.1 Realización de la prueba de vacío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1778.9.2 Prueba de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

CAPÍTULO 9 Mantenimiento de las instalaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

9.1 Mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1869.1.1 Objetivos del mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1869.1.2 Tipos de mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1869.1.3 Diferencias entre los mantenimientos preventivo y predictivo . . . 1899.1.4 Ejemplo de aplicación del mantenimiento preventivo . . . . . . . . . . 189

9.2 Estadillos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

CAPÍTULO 10 Fluidos refrigerantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

10.1 Gases refrigerantes alternativos al R-12 y el R-502 . . . . . . . . . . . . . . . . 19810.2 Gases refrigerantes definitivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19910.3 Codificación de los fluidos refrigerantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

10.3.1 Mezclas azeotrópicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20110.3.2 Fluidos refrigerantes inorgánicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

CAPÍTULO 11 Averías y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

11.1 Averías más comunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20311.1.1 Aumento excesivo de la presión de descarga . . . . . . . . . . . . . . . . 20411.1.2 Presión de descarga muy baja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20411.1.3 Presión de aspiración muy alta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20511.1.4 Presión de aspiración muy baja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20511.1.5 Presión de aceite muy alta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20611.1.6 Presión de aceite muy baja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20611.1.7 El compresor carga y descarga intermitentemente . . . . . . . . . . . . 206

Apéndice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

Agradecimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

Índice alfabético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

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1

C A P I T U L O

1

S

istemas de refrigeración por compresión

Introducción

Los sistemas de refrigeración por compresión son los más empleados en la in-dustria de la refrigeración y, por lo tanto, el objeto de este libro. Empezaremos suestudio por los elementos fundamentales que los constituyen, a los que iremosañadiendo los de regulación y control y, posteriormente los complementariospara ver, paso a paso, sus principales características, la relación entre ellos y, en-tender cómo se realizan los procesos de arranque y paro de la instalación.

Este capítulo servirá de base para desarrollar los posteriores en los que es-tudiaremos en profundidad los principales elementos.

1.1

ELEMENTOS FUNDAMENTALES

Los sistemas de refrigeración por compresión constan, básicamente, de cuatroelementos que consideramos fundamentales a través de los cuales circula un flui-do refrigerante.

Por lo tanto, vamos a ver de una parte los elementos fundamentales y sus prin-cipales funciones y, por otra, cómo circula el fluido refrigerante a través de ellos.

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2

Capítulo

1

Sistemas de refrigeración por compresión

Estos elementos son (Fig. 1.1):a. Compresor b. Condensador c. Dispositivo de expansión d. Evaporador

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 locomprime elevando su presión y temperatura hasta unos valores tales que se pue-da efectuar la condensación. La descarga la efectúa al condensador

Condensador: Es el elemento de la instalación que se encarga de pasar el estadode vapor del fluido refrigerante a estado líquido. El fluido refrigerante entra en elcondensador en estado de gas (vapor recalentado) y sale en estado líquido a latemperatura que se condensó o incluso a una temperatura menor si se produce su-benfriamiento.

El fluido refrigerante cede su calor al agente condensante (aire o agua).

Dispositivo de expansión: Hace que el fluido, que entra en estado líquido, sufrauna caída de presión (y temperatura) hasta la necesaria en el evaporador. Tambiéncontrola la cantidad de fluido refrigerante que debe entrar en el evaporador.

Evaporador: Se encarga de enfriar o acondicionar la cámara. Puede estar den-tro o fuera de la misma. Su misión es que el fluido refrigerante, que entra a bajapresión y temperatura, efectúe el enfriamiento de la cámara.

Figura 1.1 Elementos fundamentales de un sistema de refrigeración.

CondensadorCompresor

Altapresión

Bajapresión

Dispositivo de expansión

Evaporador

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1.2 Alta y baja presión

3

Es el elemento de la instalación donde el fluido refrigerante se evapora, ro-bando 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 ro-dea al evaporador).

Dada la importancia que tienen estos cuatro elementos, en los siguientes capítuloslos 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 salecon presión y temperatura más altas (recalentado), que es como entra en elcondensador.

� 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 dondees aspirado por el compresor, y se inicia un nuevo ciclo.

Como sabemos, al aumentar la presión de un fluido se eleva su punto de ebulli-ción, y al disminuir la presión, también disminuye su punto de ebullición. Esta esuna de las claves de la refrigeración.

Para una mejor comprensión de lo que esto representa, supongamos que elfluido que circula por estos elementos es el R-134 a, que a la presión atmosféricahierve 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 pre-sión. Por lo tanto, debemos diferenciar la parte del circuito que está sometida auna presión alta, y la que se encuentra a baja presión (Fig. 1.1).

La parte correspondiente a la alta presión está comprendida entre la descar-ga del compresor y la entrada del dispositivo de expansión.

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4 Capítulo 1 Sistemas de refrigeración por compresión

Hay que resaltar que la temperatura del fluido refrigerante no es la misma entodo 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 ala entrada del dispositivo de expansión puede ser igual o menor que la de con-densación.

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 disponedel manómetro de baja presión para conocer su valor en cada momento.

En este tramo, también la temperatura varía (aumenta) desde el evapo-rador hasta la entrada del compresor, tal como estudiaremos en capítulosposteriores.

1.3 ELEMENTOS DE SEGURIDAD Y CONTROL

La figura 1.2 representa los cuatro elementos fundamentales para el estudio desus principales características a los que se añaden los elementos de seguridad ycontrol.

Figura 1.2 Elementos fundamentales de un circuito frigorífico en los que se añaden los dispositivos de seguridad y control.

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Manómetro debaja presión

Manómetro dealta presión

Presostato de baja presión Presostato de alta presión

Compresor

Evaporador


Válvulade solenoide

Condensador

Termostato

Cámara

1.3 Elementos de seguridad y control 5

Hemos comentado que en un circuito frigorífico existen dos zonas bien dife-renciadas, que están sometidas a distintas presiones. Pero puede ocurrir que du-rante el funcionamiento normal de la instalación esas presiones alcancen valoresque afecten al rendimiento de la misma o, incluso, a la propia seguridad de las per-sonas.

Para evitar que estos hechos se produzcan, la instalación dispone de pre-sostatos.

1.3.1 Presostatos

Son unos aparatos que, activados por presión, tienen la función de abrir o cerrarun circuito mediante uno o varios contactos normalmente ya sean abiertos o ce-rrados. De manera práctica, se puede decir que son unos interruptores eléctricosque funcionan por presión.

Pueden ser:

a. Presostatos de alta presiónSe conectan a la descarga del compresor, y su función es impedir que en lazona de alta presión, se alcancen valores que afecten al rendimiento de la ins-talación o a la propia seguridad de las personas. Se regulan a una determinadapresión, y cuando la instalación alcanza ese valor, entonces el presostato parael compresor.

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 tam-bién que la presión descienda por debajo de la normal de funcionamiento, ya queafectaría al rendimiento. De hecho, su regulación debe estar siempre por encimade 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 laanomalía.

Los presostatos de alta y baja presión no tienen que instalarse necesaria-mente por separado, ya que también se pueden instalar los dos formando unsolo elemento, llamado presostato combinado, tal como se representa en lafigura 1.3.

Tal como se observa en dicha figura, además de las escalas respectivas dealta y baja presión hay una tercera escala llamada diferencial de presiones. Enesta se fija la diferencia entre la presión de arranque y la de paro.

En el siguiente ejemplo, veremos cómo se realiza el ajuste.

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Ejemplo de aplicación

¿Cuál será el valor del diferencial del presostato combinado de una instalación, si quere-mos 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, ve-mos que:

� A la temperatura de –23 ºC, le corresponde una presión de 1,22 kg/cm2 (que es la pre-sión de paro).

� A la temperatura de –18 ºC, le corresponde una presión de 1,7 kg/cm2 (que es la pre-sión de arranque).

Diferencial = 1,7 kg/cm2 – 1,22 kg/cm2 = 0,48 kg/cm2

Figura 1.3 Presostato combinado.

Figura 1.4 Conexionado de un presostato combinado al circuito.

Tornillo de regulación de baja presión

Rearme manualde alta presión

Escala de baja presión

Escala dealta presión

Escaladiferencialde presión

Conexión de baja presión

Conexión eléctrica Conexión

de alta presión

Tornillo de regulación del diferencial

Tornillo de regulación de alta presión

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DescargaAspiración

Compresor

1.3 Elementos de seguridad y control 7

1.3.2 TermostatoEs el elemento que controla la temperatura de la cáma-ra (Fig. 1.5).

Abre o cierra un contacto conectado a un circuitoeléctrico cuando alcanza la temperatura de regulación. Sepuede decir que es un interruptor o conmutador eléctricoque funciona por temperatura. Dentro de los distintos ti-pos existentes, para mejor comprensión de su funciona-miento, comentaremos los de “depósito de gas”.

El termostato con depósito de gas, se basa en que éstesufre variaciones de presión en relación a la temperaturaque rodea al depósito que lo contiene. Si una de las pare-des del depósito es de membrana, sufrirá deformacionesa consecuencia de esos cambios de temperatura. Si ade-más actúa sobre unos contactos, bien sea directa o indi-rectamente, los abrirá o cerrará de acuerdo a la regulación establecida.

Como los presostatos, disponen de un diferencial (diferencia entre las tempe-raturas de arranque y de paro) que puede ser fijo o variable. Por lo general sueleser de ±3.


Queremos mantener una temperatura de –20 ºC en la cámara y el diferencial establecidoes 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 aumentaráhasta alcanzar los –17 ºC y entonces el termostato abrirá la válvula de solenoide, y se pon-drá de nuevo en funcionamiento el compresor.

En el circuito de la figura 1.2, que hemos puesto como ejemplo para facilitar la com-prensión 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, debe-mos comentar sus principales características para poder en-tender mejor el siguiente apartado.

Se coloca antes del dispositivo de expansión (Fig 1.2). Talcomo se aprecia en la figura 1.6, es una válvula que contiene ensu parte superior una bobina, dentro de la cual se desliza el vás-tago de la válvula.

Si se hace pasar una corriente eléctrica a través de un hiloconductor enrollado en un núcleo de hierro, se forma un elec-

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Figura 1.5 Termostato.

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Figura 1.6 Válvu-la de solenoide.


troimán. El núcleo puede ser atraído por el campo magnético creado al conectarla 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. Cuan-do está activada por el campo magnético, levanta el vástago de la válvula y dejapasar el fluido. Cuando se desactiva, cesa la imanación (no hay campo magnéti-co), 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 laválvula se abre o cierra, según las necesidades térmicas.

1.3.4 Presostato diferencial de aceiteEs 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 ala 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 impul-sión del aceite y la de aspiración, que es la del cárter. El presostato actúa segúnesta diferencia, que como dato orientativo no suele ser menor que 1 bar.

Lleva incorporado un relé temporizador, de modo que si en un intervalo de60, 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 demanera instantánea, el compresor se pararía al momento.

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 tempe-ratura necesaria.

A B

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1.4 Funcionamiento de la instalación 9

Otro tipo de control de presión diferencial de aceite, muy empleado con losnuevos fluidos refrigerantes, es el mostrado en la siguiente figura 1.10.

El sensor de control se enrosca directamente en la carcasa de la bomba delcompresor. Unos canales internos enlazan el control a los puertos de aspiración ydescarga de la bomba de aceite. Este tipo de controles, se puede sustituir sin ne-cesidad de intervenir en el circuito frigorífico. También dispone de un tiempo deretardo para su actuación.

1.4 FUNCIONAMIENTO DE LA INSTALACIÓN

Relacionando los elementos citados, el funcionamiento de la instalación es comosigue: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.

Figura 1.8 Conexionado de un presostato diferen-cial de aceite al compresor.

Figura 1.9 Presostato diferencial de aceite.

Figura 1.10 Control de presión diferen-cial de aceite montado en un compresor.

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2. En ese momento el termostato, que ya la detectó, corta la corriente a la válvulasolenoide y ésta cierra. Como ya no pasa fluido, el compresor en su funciona-miento, cada vez tiene menos fluido que aspirar, con lo que su presión de as-piración empieza a “caer” hasta que alcanza el valor fijado en el presostato debaja y éste para el compresor.

3. Debido a la entrada de calor del exterior (transmisión por paredes, techo, sue-lo, puertas), la temperatura en el interior de la cámara empieza a subir. Caberesaltar, que la mayor parte de las horas que trabaja un compresor, lo hacepara eliminar el calor que entra por transmisión.

4. El termostato detecta ese aumento de temperatura y al cerrar sus contactos da pasode corriente a la válvula solenoide y ésta se abre. El fluido, que se encuentra a laentrada 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 lacámara y su presión y temperatura aumentan hasta alcanzar un valor tal que co-rresponda al fijado en el diferencial del presostato y arranca el compresor.

1.5 ELEMENTOS COMPLEMENTARIOSUna instalación podría trabajar con los elementos anteriormente citados, pero,evidentemente, necesita de otros elementos complementarios para que el ciclo detrabajo se pueda efectuar con el mayor rendimiento posible.

En el siguiente esquema (Fig. 1.11) se representan los más importantes y sudisposición en las instalaciones.

Figura 1.11 Instalación de los elementos fundamentales, de seguridad y control, y complementarios.

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Compresor

Manómetro de baja presión Manómetro de alta presión

Separador de aceite

Presostato de baja presión Presostato de alta presión

Válvula depaso recto

Recipiente de líquido

Visorde líquido

Válvula de paso recto

Filtrodeshidratador

Válvulade carga

Válvula desolenoideTermostato

(de la cámara)

Válvula deexpansión

Evaporador

CondensadorAcumulador de aspiración

1.5 Elementos complementarios 11

1.5.1 Resistencia calefactora (del cárter) Cuando las temperaturas que rodean al compresor (temperatura ambiente) son muybajas, en los tiempos de parada del compresor puede ocurrir que el fluido refrige-rante depositado en el cárter se condense, por lo que en el momento del arranque seproduce una vaporización rápida del fluido que conlleva un arrastre de aceite.

También la baja temperatura ambiente afecta a la viscosidad del aceite, ya quesi es muy baja, ésta aumenta las resistencias a vencer en el arranque. Para evitarestas circunstancias se instalan en el cárter unas pequeñas resistencias eléctricasque lo mantienen a cierta temperatura, de tal manera que cuando para el compre-sor, entran en funcionamiento.

1.5.2 Separador de aceite Se instala en la tubería de descarga, después del compresor.El fluido refrigerante sale del compresor mezclado con elaceite de lubricación y éste debe retornar al cárter principal-mente por dos razones:

1. porque el nivel de aceite del cárter iría disminuyendo y

2. porque el aceite, cuando llegue al circuito de baja pre-sión, podría tener problemas de retorno (deja de ser mis-cible y crea problemas en los evaporadores, por ejemplode transmisión o taponamientos).

Los hay de varios tipos. Por ejemplo los que aprovechan lafuerza centrífuga de la descarga del compresor para efectuarla separación (Fig. 1.13) o bien la caída de velocidad a la en-trada del separador para efectuar la separación.

Figura 1.12 Bloque de un compresor con resistencia eléctrica en el cárter.

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Resistencia

Conexión eléctrica

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Figura 1.13 Separa-dor de aceite.

Salida

Entrada

Retorno


El aceite se va decantando en el fondo del separador hasta alcanzar un niveltal que el regulador, por ejemplo un flotador de nivel, lo detecta y abre el paso deretorno hacia el cárter.

Una representación del retorno de aceite (Fig. 1.14) es la siguiente:

Cuando el nivel del aceite en el interior del separador alcanza el nivel estipu-lado, el regulador de nivel abre la electroválvula y el aceite retorna al cárter. Elaceite retorna porque la presión en el interior del separador (presión de alta) essuperior a la presión reinante en el cárter.

No tienen una eficacia del 100%, pero es bueno que una pequeña cantidad deaceite circule por la instalación ya que mantiene engrasados elementos comoválvulas, electroválvulas, etc.

El fabricante indica grabado en la envolvente cuáles son las conexiones de en-trada y salida.

1.5.3 Recipiente de líquido

Conocido también como acumulador de líquido (Figs. 1.15 y 1.17). Puede servertical u horizontal. Se coloca a la salida del condensador, aunque los hay deltipo condensador-recipiente que forman un solo elemento.

El líquido que sale del condensador no va directamente al evaporador, salvocomo veremos más adelante si se usan tubos capilares, sino que se “almacena” enel recipiente. Mantiene una reserva de líquido para restituirlo según la demanda.

Su capacidad varía con las características de la instalación; si se trata de unacon varios evaporadores, su capacidad será por lo menos 1,25 veces la capacidaddel evaporador mayor.

Al ser un recipiente de alta presión, debe llevar sus dispositivos de seguridadpara evitar que se alcancen presiones peligrosas.

Figura 1.14 Línea de retorno de aceite.

Aspiración DescargaDescarga

Visor

Electroválvula Filtro

Compresor

Enfriador de aceite (no es obligatorio)

Regulador de nivel

Separadorde aceite

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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 alcanzauna alta temperatura determinada se funde y deja salir el fluido al exterior.

Figura 1.15 Recipiente de líquido horizontal.

Figura 1.16 Válvulas de seguridad.


Los recipientes suelen llevar un visor o nivel de líquido para saber en cadamomento su contenido. También sirven para recoger el fluido refrigerante de lainstalación en caso de avería o que se quiera desmontar algún elemento.

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, cuandohay 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 conla instalación en funcionamiento:

1. Se baja la regulación del presostato de baja presión, por debajo de la presión at-mosférica.

2. Se cierra la válvula de paso recto montada a la salida del recipiente de líquido. La pre-sión irá disminuyendo y cuando veamos en el manómetro de baja que está ligeramen-te por encima de la presión atmosférica, entonces paramos el compresor.

Figura 1.17 Recipiente de líquido vertical.

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3. A la entrada del recipiente de líquido suele montarse otra válvula (de paso recto) queen el momento de parar el compresor también se cerrará. Si no, se cerraría la válvulade 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 frigorí-fica son el temido golpe de líquido y la entrada deaire. Esta última implica a su vez una doble pro-blemática ya que, como sabemos, el aire que nosrodea es aire húmedo, con lo cual al entrar en elcircuito lo hace junto con su humedad. De las con-secuencias derivadas de la entrada del aire tratare-mos 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 refrigeranteen alta presión también hay entrada de humedad. Ya que por difusión del va-por de agua penetra humedad en el circuito, también contra la presión del re-frigerante, tanto más cuanto más seco esté el refrigerante y más húmedo elaire ambiente.

La humedad puede originar serios problemas tales como bloquear los dispo-sitivos de expansión (congelación de esas gotas del aire húmedo) o bien producirproblemas 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 quepuede 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 sili-cagel, tamices moleculares y óxido de aluminio.

Los filtros de humedad además de su función deshidratadora, retienen impu-rezas (partículas sólidas).

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Figura 1.18 Filtro de humedad.


Es muy importante su montaje, para ello deben seguirse las instrucciones delos fabricantes. Pero, por norma, deben instalarse en la dirección que indique elfabricante, y si es en sentido vertical descendente, se aumenta su rendimiento.

Existen unos filtros secadores reversibles(Fig. 1.19) para las instalaciones con “bombade calor” (inversión de ciclo), es decir, sonbidireccionales.

A efectos de mantenimiento preventivo debecambiarse el conjunto o sólo el agente desecante,según el tipo de filtro, y de acuerdo con las horasde funcionamiento que dictamine el fabricante,para evitar que llegue al estado de saturación. Sise diera este caso en un filtro con silicagel, una solución sería calentarlo en unhorno durante 3 horas, a una temperatura aproximada a los 200 ºC ya que se reac-tivaría y podría funcionar sin problemas durante un tiempo.

La eficacia del agente desecante aumenta cuanto menor sea la temperaturadel líquido a la entrada del filtro. Supongamos, por ejemplo, una instalación concondensador por aire. En verano, al aumentar la temperatura ambiente, tambiénaumenta la temperatura de condensación y por lo tanto la del líquido, lo que in-fluye en la eficacia del agente deshidratador y puede provocar congelación en lasválvulas 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 pe-dirlo según el diámetro de conexionado, sino que hay que indicar tambiénsu capacidad (volumen interior expresado en litros, que es dato del fabrican-te), ya que para un diámetro determinado la capacidad puede tener variosvalores.

1.5.5 Visor

De manera práctica diremos que es una “ventana”(Fig. 1.20) que tenemos en el circuito. A su travéssólo deberíamos ver el fluido en estado líquido100% (saturado). Si, por ejemplo vemos burbujas,podría indicarnos que hace falta fluido refrigerante(poca carga, bien sea porque de origen no tiene laadecuada o por fugas posteriores) o bien, si hay bur-bujas y está frío, puede ser porque un estrangula-miento origina una expansión antes de llegar alvisor. También nos indica si hay humedad en el cir-cuito, ya que contiene una sal química higroscópica que reacciona con la hu-medad y cambia de color.

Figura 1.19 Filtro reversible.

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Figura 1.20 Visor.


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 si-guiente manera:

Por último, comentar que no todos los visores de líquido tienen indicador dehumedad. También se pueden montar en la línea de retorno de aceite al cárter delcompresor.

1.5.6 Acumulador de aspiración

Es un elemento que se instala en el lado de baja presión, antes del compresor. Sufunción consiste en evitar que llegue el fluido en estado líquido al compresor. Esun recipiente metálico, que por lo general suele llevar un tubo de entrada y otrode salida. Es muy importante fijarse en ello; de hecho el fabricante nos indica cuales de entrada (está grabada). Si nos equivocamos de conexión podríamos originarproblemas en la instalación.

Evidentemente el tubo de entrada se conecta ala tubería que viene del evaporador, y el de salidaa la que va al compresor.

Si nos fijamos en el gráfico (Fig. 1.22), el tubode salida tiene en la parte inferior un orificio cali-brado (1), que sirve para el retorno del aceite.

La misma depresión originada por la aspira-ción del compresor facilita la evaporación delfluido.

No hay que confundir el acumulador de aspira-ción con el separador de líquido, ya que éste es unelemento de las instalaciones de régimen inundadoy está perfectamente aislado, pues contiene el flui-do expansionado a baja presión y temperatura.

Figura 1.21 Visor montado en paralelo.

Visor

Fluido líquido

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Figura 1.22 Acumuladorde aspiración.

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1.5.7 Intercambiador de calor (Fig. 1.23)

Algunas instalaciones llevan intercambiadores de calor a contracorriente líqui-do-vapor de aspiración (A) (Fig. 1.24). Es decir, se produce intercambio de calorentre el líquido refrigerante procedente del recipiente y el vapor de salida delevaporador.

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 disposi-tivo de expansión y aumenta el rendimiento dado que la temperatura con queentra el líquido en dicho dispositivo (válvula de expansión en la figura 1.24)es menor.

Figura 1.23 Intercambiador de calor.

Figura 1.24 Instalación con intercambiador de calor (A).

��

Salida líquidorefrigerante

Entrada líquidorefrigerante

Vapor

Descarga

Del condensador


AFiltroVisor

V. solenoide

V. expansión

Evaporador

Compresor


b. La alta temperatura del líquido que al estar en contacto con la tubería de salidadel evaporador, vaporiza las posibles gotas de líquido que vayan al compre-sor, es decir evita que llegue líquido al compresor.

Es conveniente montar el intercambiador antes del filtro de humedad, ya quecuanto más baja sea la temperatura del líquido refrigerante, mayor será el rendi-miento del agente desecante.

El subenfriamiento que se consigue de esta manera puede ocasionar el reca-lentamiento del vapor de aspiración, lo que implicaría que el trabajo del compre-sor fuera mayor que si entrara saturado.

En el siguiente capítulo estudiaremos los efectos debidos a la realización de unsubenfriamiento del líquido y un recalentamiento en la aspiración. Estos efectosdependen, principalmente, del tipo de fluido refrigerante; pero como adelanto deuna importante conclusión, diremos que aunque sea muy pequeño el aumento dela producción frigorífica que se consigue (salvo con el empleo del amoníaco, quesería negativo), el principal objetivo de la instalación de un intercambiador de ca-lor, es evitar que llegue fluido refrigerante en estado de líquido, al compresor.

21

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 re-presentamos el ciclo de refrigeración del sistema, que nos sirve para calcular laspotencias o capacidades de los elementos o bien detectar anomalías.

El diagrama “presión entalpía” (p–h) es el más utilizado para la represen-tación del ciclo. Cada fluido refrigerante tiene el suyo propio, con lo que no sepuede utilizar el diagrama de un fluido para otro distinto.

2.1 ESTUDIO DEL DIAGRAMAEl gráfico de la figura 2.1 nos ayudará a interpretar los valores que contiene ytambién 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).

��

22 Capítulo 2 Diagrama de Mollier

2. En él distinguimos tres zonas (Fig. 2.2):

Figura 2.1 Diagrama p-h de un refrigerante.

Figura 2.2 Zonas características del diagrama p-h.

Zona de vaporrecalentadoZona de

mezcla

Zona de líquidosubenfriado

Línea de vaporsaturado

Líneas decalidad dela mezcla

Línea de líquidosaturado

Ve cte.

S cte.

P1

t1

P2

h1 h2 Entalpía kcal/kg

kg/cm2

P(abs)

Líquidosubenfriado

Mezcla

PCP

h

Vaporrecalentado

Línea de vaporsaturado

Línea delíquido saturado

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 líneade 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 sonabsolutas).

� Líneas de entalpías (h1 y h2, eje de abscisas).

� Líneas de volumen específico (Ve), muy importantes para determinar eldesplazamiento volumétrico del compresor, expresadas en dm3/kg o m3/kg

Su valor numérico va aumentando a medida que las líneas van haciaabajo (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, quenos indican la proporción en la que se encuentra el fluido refrigerante (tí-tulo de vapor). Cuanto más cerca se encuentre el punto de la línea de lí-quido saturado, mayor será la proporción de líquido y menor laproporción de vapor. A medida que se vaya acercando a la línea de vaporsaturado, la proporción será mayor en vapor y menor en líquido. Porejemplo, la línea de 30 nos indicaría que en ese punto hay una proporciónde 70% de líquido y 30% de vapor.

En algunos diagramas, los valores de las líneas de calidad de la mezclavienen 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 cicloestándar 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 quedeben ser presiones absolutas.

2. Tomamos la línea de presión de aspiración (evaporación), y nos situamos enel punto que interseca con la línea de vapor saturado. Este punto 1 representa

��


la salida del evaporador, que es la entrada del compresor (ya que al considerarel ciclo estándar, no hay recalentamiento).

3. En este punto 1 el compresor aspira el fluido, lo comprime, elevándole lapresión y la temperatura, y lo descarga al condensador en estado de vaporrecalentado.

A efectos de representación del ciclo, desde el punto 1 seguimos la líneade entropía S cte., que pasa por él hasta que corte la línea de presión de des-carga 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 pa-ralela a la más próxima.

4. El fluido entra en el condensador (punto 2) y a su paso por el mismo se conden-sa y sale a la temperatura de condensación (punto 3) en estado líquido 100%.

5. Asimismo este (punto 3) representa la entrada del fluido en el dispositivo deexpansión, 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 deíndice de calidad es 32% vapor y 68% líquido).

6. A la salida del dispositivo de expansión (punto 4) las condiciones son las mis-mas que a la entrada del evaporador. El fluido, al pasar por éste, se evapora atemperatura constante (calor latente de vaporización), con lo que tal como se

Figura 2.3 Diagrama p-h para la representación del ciclo estándar.

P

14

2

2

22 57,5 71 h

32

4 –25 ºC

75 ºC

36 ºC

1

3

2.1 Estudio del diagrama 25

puede ver, a medida que circula el fluido por el evaporador, cada vez hay me-nos 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 lí-neas 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 di-ferencia entre las entalpías a la entrada y a la salida.

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 evapora-dor, será la diferencia entre las entalpías a la entrada y a la salida.

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 ambasentalpías:

τc = 71 kcal/kg – 57,5 kcal/kg = 13,5 kcal/kg

Qc = h2 – h3

Qe = h1 – h4

τc = h2 – h1


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 ºCy 36 ºC, respectivamente.

Nota No debemos olvidar que estos valores determinados son por cada kg derefrigerante.

2.2 CICLO PRÁCTICO

Si tuviéramos que representar el ciclo práctico, tendríamos que tener en cuenta sihay recalentamientos y subenfriamientos, que aunque trataremos de ello en capí-tulos posteriores, vamos a ver a modo de introducción las consecuencias de am-bos en el ciclo que hemos representado.

Si hubiese recalentamiento en la aspiración, el punto 1 ya no estaría en lalínea de vapor saturado, porque, evidentemente, se desplazaría a la zona de re-calentamiento (punto 1´). Y si hubiese subenfriamiento, el punto 3 se desplaza-ría al punto 3´. En la figura 2.4 se comparan los ciclos estándar y práctico.

Como veremos en capítulos posteriores, las consecuencias de estos cambiosson notables.

Figura 2.4 Comparación de los ciclos estándar y práctico.

��

P

h

3′ 3

4′4 1′

1

2 2′

2.3 Ciclo real 27

2.3 CICLO REAL

Evidentemente el ciclo real está afectado por las pérdidas de carga a lo largo delcircuito de alta presión, de baja presión, en línea de líquido y en el compresor, conlo que realmente toma la siguiente forma (Fig. 2.5):

Como las caídas de presión en los circuitos frigoríficos son muy pequeñas (de he-cho en las líneas de baja presión son menos toleradas que en alta presión), en ge-neral se trabaja con el ciclo práctico. Para que veamos la importancia de locomentado anteriormente, diremos que cuanto mayor sea el valor de la caída depresión (o sea, menor presión a la entrada del compresor), mayor será el volumenespecífico y por tanto, menor será el desplazamiento volumétrico del compresor.

En el capítulo siguiente hablaremos de ello con más profundidad.

Figura 2.5 Diagrama p-h correspondiente al ciclo real.

��

P

h

Compresiónisoentrópica


32

41

0,30

0,29

-90-8

0

-70

-60-5

0-40-3

0-20-1

0

0

10

20 30 4

0 50

60

0,1

20,

13 0

,14

0,1

5 0

,16

0,1

7 0

,18

0,19

0,2

0 0

,21

0,2

2 0

,23

0,2

4

1,5

70

80

90

96,0

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

10

20

30

40

50

60

70

80

90

-90

0,31

0,32

0,33

0,34

0,35

0,36

0,37

0,38

0,39

0,40

4000

3000

2000

100

500

200

100

50201050,28

3

0,27

0,26

2

0,25

310

300

290

280

270

260

250

240

230

220

210

200

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

TEM

PERA

TURA

en

ºC

, EN

TRO

PÍA

en

Cal

/(kg

) (ºK

).V

OLU

MEN

en

dm

3 /kg

, CA

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en

%.

E. I.

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198

98

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- 2

2”

REFR

IGER

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TURA

CON

STA

NTE

VO

LUM

ENC

ON

STA

NTE

ENTR

OPI

AC

ON

STA

NTE

CALIDADCONSTANTE

LIQUIDO SATURADO

-15

-10

-010

2030

4050

6070

8090

100

110

500

400

300

200

140

100

80 60 40 30 20 14 10 8 6 4 3 2 1,4

1,0

0,8

0,6

0,4

0,3

0,2

0,14 0,

1

0,08

0,06

0,05

500

400

300

200

140

100

80 60 40 30 20 14 10 8 6 4 3 2 1,4

1,0

0,8

0,6

0,4

0,3

0,2

0,14

0,1

0,08

0,06

0,05

-10

0 10

20

30

4050

6070

80

9010

011

0

Cam

bio

de

esca

la

Cam

bio

de

esca

la

PRESIÓN ABSOLUTA (kg/cm2)

ENTALPÍA (Cal/kg por encima de líquido saturado a –40 ºC)Conversión al sistema métrico porEdiciones del Castillo, S. A. , Madrid

Diagrama presión - entalpía del Refrigerante 22. (Derecho de propiedadde 1964 de E. L. du Pont de Nemours & Company. Reproducido con autorización.)

33

C A P I T U L O 3

Compresor

Introducción

Es el corazón de la instalación. Su función, dentro del sistema de refrigera-ción, consiste en aspirar el fluido refrigerante a baja presión y temperatura, com-primirlo y descargarlo a una presión y temperatura tales que se puedacondensar.

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 fluidorefrigerante se somete a una compresión mecánica por medio de un elementocompresor que realiza la reducción volumétrica.

Los compresores centrífugos son de desplazamiento cinético, ya que realizanla compresión mediante la fuerza centrífuga que se ejerce sobre el fluido refrige-rante por la rotación de un rodete que gira a gran velocidad.

34 Capítulo 3 Compresor

3.1 ESTUDIO DE LOS COMPRESORES ALTERNATIVOS

Pueden ser de simple efecto o de doble efecto, según se realice la compresión delfluido 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, tantofijos como móviles. La parte superior es la culata y la inferior, por su interior,el cárter.

CárterEs 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, éstese desplaza en movimiento rectilíneo alternativo. Encompresores de mediana y gran potencia lleva camisa(Fig. 3.2), que es una pieza cilíndrica de acero que lo re-viste, y que en casos de desgaste se puede rectificar, osustituir si procede.

En este caso, el pistón se mueve en el interior de lacamisa.

Figura 3.1 Bloque de un compresor.

��

��

Figura 3.2 Camisa.

3.1 Estudio de los compresores alternativos 35

Pistón o émboloElemento que, desplazándose en el interior del cilindro, provoca la aspiración,compresión y descarga del fluido refrigerante. Lleva alojados los aros o segmen-tos, 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 espa-cios entre el pistón y el cilindro, hacia la parte inferior (cárter). Esto se apreciamejor durante la compresión, ya que si hay fugas no se alcanzan las altas pre-siones necesarias.

BielaLa biela (Fig. 3.3) es el elemento que une el pistón con el eje cigüeñal. Transfor-ma el movimiento circular del eje cigüeñal en rectilíneo alternativo del pistón. Porello 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 extre-mos 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.


Eje cigüeñal La disposición y forma dependen del número de cilindros (Fig. 3.4). Está formadopor un número determinado de manivelas, que tienen en sus respectivos ladosopuestos unos contrapesos de equilibrado. La manivela es la parte que se conectaa la biela.

Los extremos del eje, llamados cuellos o muñequillas, son los soportes que seapoyan sobre la bancada del compresor. El extremo del eje que tiene el chaveteroes el que se conecta al motor eléctrico para su accionamiento. El otro extremo ac-ciona la bomba de lubricación.

Eje de excéntricaSe emplea en compresores de pequeña potencia (Fig. 3.5). Actúa de forma excén-trica, 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.

Figura 3.4 Eje cigüeñal de dos cilindros.

Figura 3.5 Eje de excéntrica de dos cilindros.

Manivela

Contrapeso

Chavetero

Excéntrica

Chavetero


CulataCierra el cilindro por la parte superior. Es la “tapa” del cilindro. En ella se alojanlas válvulas de aspiración y descarga. Como está sometida a altas temperaturas,puede ser refrigerada por aire o por agua (Fig. 3.6).

Válvulas de aspiración y descarga Se encargan de comunicar el interior del cilindro con los conductos de aspiracióny descarga. Su apertura y cierre se producen por la diferencia de presiones entrela 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.

Figura 3.6 Culata refrigerada por agua. Culata refrigerada por aire con sus juntas y plato de válvulas.

Figura 3.7 Plato de válvulas de un compresor alternativo.

Culata refrigerada por agua Culata refrigerada por aire

Plato de válvulas

A B


Por lo general son de acero inoxidable, y para grandes potencias, disponen deresortes para su accionamiento.

En la figura 3.7A se ve el plato de válvulas (vista superior) de un compresorabierto 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 juntade culata y las válvulas de aspiración.

Válvulas de seguridad internasIndependientemente de los sistemas de seguridad que puedan tener las instalacio-nes, los compresores llevan incorporadas válvulas de seguridad internas que po-nen en comunicación la descarga del compresor con la aspiración en caso depresiones muy altas

3.1.2 TERMINOLOGÍA (FIG. 3.8)PMA o PMSPunto muerto alto o punto muerto superior. Es el punto más alto al que llega elpistón en su carrera ascendente. Es el punto en el cual el pistón está más próximoa la culata.

PMB o PMIPunto muerto bajo o punto muerto inferior. El punto más bajo al que llega el pis-tón en su carrera descendente. Es la posición en la cual el pistón está más alejadode la culata.

CarreraDistancia entre el PMA y el PMB. Corresponde a un ángulo de giro, de 180º delcigüeñal.

Figura 3.8 Terminología de un cilindro en un compresor alternativo.

��

Aspiración Descarga

Vp

Ve

PMB

PMA


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 rendi-miento del compresor y está determinado para evitar que el pistón, en su carreraascendente, llegue a chocar con la culata, incluyendo las dilataciones que sufrenlos materiales, ya que están sometidos a altas temperaturas. Debe ser el mínimonecesario, pues tiene gran repercusión en el rendimiento volumétrico.

AspiraciónSe produce en la carrera descendente del pistón. Es la admisión del fluido en elinterior del cilindro.

CompresiónSe produce en la carrera ascendente del pistón e inmediatamente después se rea-liza la descarga.

DescargaImpulsión 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.

Potencia indicadaSe obtiene mediante el indicador (de ahí su nombre) de Watt, que es un aparatoque se coloca en la culata del compresor, traza un diagrama y en él se obtiene lapotencia que se genera en el interior del cilindro.

Potencia efectivaEs la potencia que se debe suministrar con el motor eléctrico para que el com-presor trabaje en las condiciones previstas. Es decir, es la potencia medida enel eje del compresor. Pero a partir de este punto se produce una disminución dela potencia ya que una parte de la misma se pierde en vencer los rozamientos decojinetes, bielas, pistones, etc. Por ello, la potencia efectiva siempre será supe-rior a la potencia indicada.

La potencia efectiva es la potencia de accionamiento.

Vt = Ve + Vd.

Pe > Pi


Rendimiento mecánicoEs el valor que contempla las pérdidas de origen mecánico u orgánico anterior-mente mencionadas.

Por lo tanto, es la relación entre ambas potencias:

3.1.3 Funcionamiento

Para facilitar su comprensión (Fig. 3.9) vamos aver como se producen los movimientos de aper-tura y cierre de las válvulas de aspiración y des-carga, 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 unadepresión que implica, que en su interior la pre-sión sea inferior a la existente en la parte supe-rior de la válvula, es decir en el conducto deaspiración, con lo que la válvula de aspiración seabre (“baja”) y el fluido refrigerante entra en elcilindro.

El fluido entrará en el cilindro hasta que seigualen las dos presiones, y en teoría debería seren cantidad igual a la correspondiente al volu-men del cilindro, pero realmente y tal como es-tudiaremos más adelante, hay unos factores queimpiden que entre esa cantidad.

La válvula de descarga permanece cerrada, por la alta presión existente en elconducto de descarga mientras el pistón se va acercando al PMB y la válvula deaspiración continúa abierta.

Así, cuando el pistón llega al PMB, la válvula de aspiración está abierta y lade 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 deaspiración se cierra, porque la presión en el interior del cilindro es superior a laexistente en el conducto de aspiración. Con las dos válvulas cerradas se inicia lacompresión 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.

ρm = Potencia indicada/Potencia efectiva

��

Figura 3.9 Carrera descendente:aspiración del fluido.

Aspiración


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 ci-lindro, 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 giró360º, es decir una vuelta.

Una vez rebasado el PMA, y con la válvula de descarga cerrada, se reiniciael ciclo.

Nota Algunos tipos de válvulas llevan resortes de regulación, para que la pre-sión necesaria en el interior del cilindro para abrirlas sea superior a la suma de lapresión 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 ac-

ciona 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 den-tro del sistema de lubricación, pues en el compresor existen otras en movimientoque 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 lafigura 3.11.

Figura 3.10 Carrrera ascendente: A. Compresión. B. Descarga.

Descarga

BA

��


El extremo (11) del cigüeñal recibe el movimiento del motor eléctrico; elotro extremo lleva conectada la bomba de aceite (3), que suele ser del tipo deengranajes.

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, coji-

netes de biela, biela, pistón, y ser impulsado a través de los aros de engrasehacia 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 dependedel tipo, potencia y características de funcionamiento que tengan.

El elemento (6) representa el presostato diferencial de aceite, con sus co-nexiones a la aspiración y descarga de la bomba. Su funcionamiento ya se ha ex-puesto en el epígrafe 1.3.4.

El manómetro (5) indica la presión de descarga, que también suele instalarseen la aspiración.

Figura 3.11 Circuito de lubricación.

6

5

4 38

912

21

11

10

7

Cárter


3.1.4.1 Bomba de engranajes

La figura 3.12 representa esquemáticamente unabomba de lubricación del tipo de engranajes:

Es una envolvente metálica, que tiene losorificios de aspiración y descarga, y en su in-terior se alojan dos piñones o engranajes. Uno,llamado engranaje conductor (A), recibe elmovimiento directamente del eje cigüeñal y,por contacto, lo transmite al piñón (B), engra-naje conducido, girando en sentido contrario.

Al ponerse en marcha el compresor, el ejecigüeñal acciona los piñones, el aceite es aspi-rado por el vacío creado en la entrada, y com-primido entre los piñones y la envolvente, estrasladado a la descarga que se efectúa por ellado opuesto.

3.1.5 Valores fundamentalesTanto para operaciones de cálculo, como para comprobaciones de funcionamien-to, son muy importantes los valores respectivos de relación de compresión (Rc) yde rendimiento volumétrico (Rv).

1. Relación de compresión (Rc)

Presión absoluta = Presión manométrica + Presión atmosférica

2. Rendimiento volumétrico (Rv)Se puede expresar de varias maneras, pero una de ellas a efectos prácticos es:

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 flui-

do en el interior del cilindro. De hecho es un dato que nos da el fabricante, aunquesi no disponemos de su valor, se puede calcular tal como veremos en este capítulo.

Figura 3.12 Esquema de bomba de engranajes.

A

B

��

��

Rc Presión de descarga absolutaPresión de aspiración absoluta------------------------------------------------------------------------=

RvVolumen de vapor que realmente aspiraVolumen teórico que tendría que aspirar------------------------------------------------------------------------------------------------ 100×=


3. Volumen desplazadoEl volumen de fluido que en teoría tiene que aspirar es el volumen desplazadopor 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:

que es el volumen que desplaza el pistón en una revolución. Si gira el cigüeñala n revoluciones por minuto y tiene N cilindros, el volumen desplazado será:

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:


Consideremos un compresor cuyo rendimiento volumétrico sea 0,83 (es decir, 83%). Si elvolumen desplazado por el pistón es 34 m3/h, calculemos el volumen que realmente aspira.

Aplicando la fórmula, tenemos que

0,83 =

Luego:

Vol. de vapor que realmente aspira = 0,83 × 34 m3/h = 28,22 m3/h.

3.1.6 Despiece de un compresor alternativoComo conclusión, y para facilitar el entendimiento de la relación entre los ele-mentos 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 sig-nificativos.

VπD2

4----------C=

Vdπ D2 C n N⋅ ⋅ ⋅ ⋅

4--------------------------------------- dm3/min( )=

Vdπ D2 C n N 60 10–3⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

4----------------------------------------------------------------- m3/h( )=

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Volumen de vapor que realmente aspira34 m3/h

-----------------------------------------------------------------------------------------------

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��


Figura 3.13 Despiece de un compresor alternativo.


3.2 COMPRESORES HERMÉTICOS

3.2.1 Introducción

Su ámbito de aplicación comprende los sistemas de refrigeración y aire acon-dicionado.

El motor eléctrico va acoplado directamente al compresor, y ambos dentro deuna misma envolvente de acero formando una unidad. Al ser herméticos (cerra-dos) no podemos acceder a ellos, como por ejemplo, para realizar operaciones demantenimiento. 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 conec-tará a la descarga y la aspiración a cualquiera de los otros dos. Por lo general, sehace al tubo que está al lado contrario de la placa de conexionado eléctrico, paraevitar 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 utilizarpara que, después de instalar una conexión obús o una válvula de intervención, seaproveche 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 Compresores herméticos 47

3.2.2 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 resor-

tes que amortiguan las cargas con independencia de los cuatro amortiguado-res de caucho que lleva el compresor en su base exterior.

� El fluido refrigerante al entrar en el interior de la carcasa, va llenando el es-pacio, por lo que está en contacto con el motor eléctrico y con el compresor,que de esta manera los refrigera.

� La aspiración del fluido refrige-rante se realiza a través de las cá-maras silenciadoras (las dos cir–culares de la izquierda).

� El fluido refrigerante, en la descar-ga, atraviesa dos cámaras silencia-doras (una de ellas no tiene la tapa,para distinguirlas). Cuando la pre-sión de descarga es demasiado al-ta, es transmitida al compresor y asu vez “absorbida” por los tres re-sortes, lo que evita ruidos por vi-braciones.

Figura 3.15 Vista superior de un compresor hermético.

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Figura 3.16 A. Tapa de cámara silenciado-ra. B. Culata. C. Placa de válvulas.


� Las válvulas de aspiración y descarga, van montadas en el plato deválvulas:

En la figura 3.16 se representan la culata, una tapa de cámara silenciadora y la pla-ca 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 lecturaya 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 com-

presor, 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 proteccio-nes (térmico, klixon) que actuarían en caso de que la refrigeración fuese defec-tuosa e impedirían que se alcanzaran temperaturas demasiado elevadas. Siactuaran pararían el compresor.

Por ello es importante recordar que los fabricantes los dividen en compresoresde baja, media y alta presión, según las distintas aplicaciones.

El poder acceder a ellos para realizar operaciones de mantenimiento, se sol-venta 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 síque se solucionan en la misma instalación.

Dada la gran aplicación de estos compresores, merecen algunos comentariosgenéricos para conocer las características que facilitan su manipulación.

En el caso de pequeñas potencias son motores monofásicos, lo que quiere de-cir que se pueden alimentar a través de una toma de corriente normal, por ejemplo

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��

��


como cualquier electrodoméstico; por otra parte, no se ponen en marcha automá-ticamente, es decir, necesitan de un dispositivo de arranque. En su estator tienenun solo arrollamiento, lo que los diferencia de los trifásicos, que tienen tres a 120º.

3.2.5.1 Identificación de los bornesEn la placa de bornes se encuentran los terminales de los arrollamientos y paraidentificarlos 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 ocu-rrir 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 siguientemanera: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.

Figura 3.17 Medición de la resistencia del arrollamiento de marcha.

Figura 3.18 Medición de la resistencia del arrollamiento de arranque.

��

RS

RunStart

Ohmímetro

C

RS

RunStart

Ohmímetro

C


3. En caso contrario, quiere decir que están conectados a masa y hay que cam-biar el compresor.

3.2.5.2 Circuitos de arranqueLos circuitos de arranque varían según las características de cada compresor, puesson determinadas por los fabricantes.

Son varios los sistemas de arranque, por ello es muy importante seguir lasinstrucciones técnicas, tanto en el montaje como en operaciones posteriores demantenimiento. A continuación realizaremos una aplicación del manejo e inter-pretación de una documentación técnica.

La siguiente tabla corresponde a las características técnicas de dos compreso-res herméticos.

Siguiendo la documentación técnica delfabricante, el compresor ABR50 tiene unmotor cuyo sistema de arranque es RSIR(del inglés “Resistance Start InductionRun”), cuyo esquema es el representadoen la siguiente figura 3.19. En la que sedestacan 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.

Tabla 3.1 Características de dos compresores herméticos

Mo

delo

Flu

ido

Cilin

dra

da

cm3

Carg

ad

e a

ceit

e

Tip

od

e m

oto

r

Inte

nsi

dad

no

min

al

Inte

nsi

dad

de a

rran

qu

e

Watt

s.ab

sorb

ido

s

Dis

po

siti

vo

de e

xp

an

sió

n

Ten

sió

n

ABR50 134a 7 550 RSIR 1,3 11 170 Capilar 220 V

BJD30 22 9 670 RSIR 1,9 18 190 Capilar 220 V

��

Figura 3.19 Sistema de arranque RSIR.

Protector

CRS

M

1 2

LN

1


Este sistema de arranque se caracteriza porque utiliza un relé de corriente. El arro-llamiento de arranque tiene una resistencia elevada y queda conectado temporal-mente en paralelo con el arrollamiento de marcha. Para acoplarlo o desacoplarlose utiliza el relé, conectado en serie con el arrollamiento de marcha. Es un sistemamuy utilizado con compresores que trabajan con tubos capilares.

En la figura 3.20 se representa la disposición de los elementos en un compre-sor 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 sobrein-tensidad.

El condensador de marcha es un elemento que está conectado de forma per-manente, constituido por dos cintas conductoras arrolladas sobre sí mismas y se-paradas por otra cinta aislante. El extremo del condensador conectado a la cintaexterior, que por lo general está indicada con un punto de color rojo, se conectarásiempre al terminal R (de marcha).

Figura 3.20 Componentes eléctricos de un compresor hermético.


3.3 COMPRESORES SEMIHERMÉTICOS

3.3.1 Introducción

Estos compresores (Fig. 3.21), en su funcionamiento, tienen las mismas ventajase inconvenientes que los anteriores, pero con la diferencia de uno a otro que sonaccesibles, es decir, por ejemplo que los alternativos se pueden desmontar pararealizar operaciones de mantenimiento tales como cambiar pistones o aros.

La entrada del fluido refrigerante (aspiración), puede realizarse por la culatadel compresor o bien por la parte del motor eléctrico, como en el representado enla figura 3.22.

Los compresores semiherméticos pueden ser enfriados externamente por aireo por agua.

Como en el caso de los herméticos, se dividen en compresores de alta, mediay baja presión según sus aplicaciones.

3.3.2 Ácidos

Es importante comentar que en los compresores, ya sean herméticos o semiher-méticos, una de las averías más importantes es la contaminación del circuito porácidos, puesto que se refrigeran por los vapores de aspiración. La presencia deácidos se produce por cortocircuitos, como por ejemplo, al contacto directo entrerotor y estator, ya que se alcanza una temperatura muy elevada en el interior del

Figura 3.21 Compresor semihermético alternativo, de dos cilindros.

Figura 3.22 Compresor semihermético con aspiración de fluido refrigerante por la parte del motor.

��

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��

3.3 Compresores semiherméticos 53

motor, que al estar en contacto directo con el fluido refrigerante, produce en ésteuna reacción que ataca a los devanados del estator.

Las causas pueden ser varias, pero se podrían englobar en mantenimiento in-adecuado, 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 antesno se eliminan éstos, atacarán a los aislamientos de los bobinados, con lo cual laduración 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 deácido (“acid-test”).

De manera orientativa, diremos que cuando este problema ocurre en compre-sores 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 desu reparación.

� Superior a 5 CV, siempre interesa su reparación.

Estos compresores herméticos tienen gran aceptación en el mercado por su eleva-do rendimiento respecto a su tamaño comparados con los abiertos.

El problema de los ácidos no se produce en los compresores abiertos porqueen 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 produci-ría caídas de presión de aspiración.

1. Ver capítulo 8 “Manejo de las instalaciones”

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3.4 COMPRESORES ABIERTOS

3.4.1 IntroducciónSe llaman abiertos porque el motor eléctrico y el compresor están separados. Porlo tanto, el fluido refrigerante ya no está en contacto con la parte eléctrica, comoocurre en los compresores herméticos y semiherméticos.

Al estar separados, las posibles averías también se solucionan independien-temente.

En el compresor, un extremo del cigüeñal “sale” al exterior para ser conectadoy 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, cam-

biando dichas poleas, ya que entre los diámetros (∅) de las poleas y las revo-luciones (n) existe la siguiente relación:

Figura 3.23 Compresor alternativo, abierto y de transmisión por poleas.

��

∅c/nm ∅m/nc=

3.4 Compresores abiertos 55

siendo:∅c = diámetro polea compresornm = rpm del motor ∅m = diámetro polea del motornc = rpm del compresor.


Se trata de un motor eléctrico que gira a 1450 rpm conpolea de transmisión acoplada de 130 mm de diámetro(Fig. 3.24). ¿A qué velocidad girará el compresor, sitiene una polea de 200 mm de diámetro?

Aplicando la fórmula anterior:

200 mm/1450 rpm = 130 mm/nc

nc = 1450 × 130/200 = 942 rpm

Si en este ejemplo la polea del motor fuese de 150 mmde diámetro, en lugar de los 130 mm, entonces la ve-locidad de giro del compresor sería:

nc = 1450 × 150/200 = 1087 rpm

con lo cual, la potencia frigorífica también aumentaría, ya que ésta es directamente pro-porcional a la velocidad de giro.

b. Por acoplamiento directo (Fig. 3.25) con dos platos metálicos unidos elás-ticamente.

Figura 3.25 Compresor alternativo abierto y transmisión por acoplamiento directo.

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Figura 3.24

CompresorMotor

eléctrico

Polea Polea

��


3.4.2 Características de funcionamientoEn estos compresores abiertos se considera buena relación de compresión (Rc) sino excede de 10:1, ya que cuanto menor sea, mayor será el rendimiento volumé-trico (Rv) y, por lo tanto, mayor será la potencia frigorífica.

Si el compresor tuviera que trabajar con una Rc elevada (de valor 8), como su-cede, por ejemplo, cuando se trata de instalaciones que necesiten temperaturas muybajas para enfriar y las de condensación sean normales, entonces no se podría utili-zar 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 do-ble etapa (sistema compound), que también se hace extensivo a los semiherméticos.

3.4.3 Compresores de doble etapaLos compresores de doble etapa (Fig. 3.26) reparten la elevada relación de pre-siones y disminuyen el alto recalentamiento. Cada sección del compresor trabaja

Figura 3.26 Compresor semihermético, doble etapa.

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3.4 Compresores abiertos 57

a menos presión y también a menor temperatura de descarga, lo que implica unmejor aprovechamiento volumétrico. Para ello emplean un sistema de enfria-miento en la etapa intermedia, que se puede realizar de varias maneras, como seve 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 comprimidolo descargan a los cilindros de alta presión.

2. Antes de entrar en éstos se mezcla con el fluido refrigerante expansionado porla válvula, cuyo bulbo está colocado en la tubería de presión conocida como“intermedia”, y que actúa sobre el subenfriador, disminuyendo la temperaturadel fluido en la aspiración y, por lo tanto en la descarga de los cilindros de altapresión.

3. Por otra parte, el fluido expansionado en el subenfriador disminuye la tempe-ratura del líquido refrigerante antes de entrar en el evaporador.

Figura 3.27 Instalación con un compresor semihermético de dos etapas.

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Acumulador de aspiración

Evaporador

Válvula de expansión (evaporador)

Condensador

Filtro de líneade aspiración

Cilindros debaja presión

CompresorVálvula de expansión termostática

Separadorde aceite Cilindros de alta presión

Subenfriadorde líquido


4. Este subenfriamiento del líquido hace que aumente el rendimiento frigorífico.2

Para determinar el valor de esa presión “intermedia”, hacemos uso de la siguientefórmula:

Siendo Pasp y Pdesc las presiones de aspiración y de descarga, respectivamen-te, 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 (queentra en los cilindros de alta presión) e

� Inyección total: cuando además del vapor de aspiración se enfría, el líquidoque alimenta el evaporador, realizando por lo tanto un subenfriamiento dellíquido.

El esquema anterior (Fig. 3.27) es representativo de este último sistema, que serealiza 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 descargadel compresor (cilindros de alta presión), inyecta el fluido expansionado en latubería de presión intermedia.

2. Ver epígrafe 4.6 “Importancia y efectos del subenfriamiento”.

Figura 3.28 Detalle de funcionamiento de un compresor abierto de dos etapas.

Pint Pdesc Pasp×=

��

Línea de descargaVisor de líquido

Línea de aspiración

Bulbo de la válvula de expansión Válvula de expansión termostática

Filtro

Válvula solenoidede líquido

DL

SL

Acoplamientoal motor eléctrico

Tubería de presión intermedia

Conexión de presión intermedia

3.5 Unidades condensadoras 59

2. Este fluido expansionado, se mezcla con el fluido de descarga de los cilindrosde baja presión produciendo su enfriamiento.

3. Asimismo, la refrigeración del compresor se produce mediante el fluido aspi-rado por los cilindros de alta presión (que es el fluido procedente de la descar-ga de los cilindros de baja presión) y que tal como hemos comentado, esenfriado por la válvula de expansión termostática.

Dado que esta válvula enfría solamente los vapores de aspiración, este sistema esde inyección parcial.

3.5 UNIDADES CONDENSADORAS

Cuando el compresor, condensador y recipiente de líquido van montados en unamisma bancada formando todos ellos un conjunto, constituyen las llamadas uni-dades condensadoras.

Tal como se puede apreciar en la figura 3.29, esta unidad condensadoraestá 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.

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La conexión a la instalación se realiza mediante la válvula de servicio de as-piración, al circuito de baja presión, es decir a la salida del evaporador. Y la co-nexión de salida del recipiente de líquido se conecta al lado de alta presión: filtrodeshidratador, visor de líquido, etc.

Las unidades condensadoras llevan los mismos elementos, pero no tienen queser de las mismas características, es decir el compresor puede ser también hermé-tico o abierto, el recipiente de líquido puede ser vertical, y el condensador puedeser multitubular.

Su campo de aplicación abarca desde pequeñas a grandes potencias.

3.6 COMPRESORES ROTATIVOSSe caracterizan por comprimir el fluido refrigerante mediante el movimientocircular continuo de un rotor, que puede ser de excéntrica o de paletas; de ahísu clasificación.

3.6.1 De excéntricaConsta (Fig. 3.30) de un rotor excéntrico respec-to al cilindro donde se aloja y que en su movi-miento llega a establecer contacto con él.

Este rotor, por la acción del resorte (2) estápermanentemente en contacto con una paleta (3).

Esta paleta, tal como se aprecia en la figura,establece la separación entre las cámaras de as-piración y de descarga. En su funcionamiento, laaspiración se realiza de manera continua, y aldisminuir el espacio comprendido entre el rotory el cilindro, se efectúa la compresión del fluidorefrigerante y posterior descarga.

3.6.2 De paletas Básicamente (Fig. 3.31) consta de un ro-tor montado en el interior de un cilindro ycuyos centros están ligeramente desplaza-dos. Este rotor aloja unas paletas que es-tán comprimidas contra la pared delcilindro por medio de unos resortes. Alpasar cada paleta por el orificio de la aspi-ración, se crea una depresión que provocala entrada del fluido en el espacio com-prendido entre esa paleta y la anterior.Posteriormente y dado que el espacio en-

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��

Figura 3.30 Rotor de excéntrica.

Descarga

Aspiración

32

Figura 3.31 Rotor de paletas.

Descarga

Aspiración

Rotor

Paleta

��

3.7 Compresores helicoidales 61

tre el rotor y el cilindro disminuye, también lo hace el volumen del fluido (compre-sión) hasta que alcanza el orificio de descarga.

Existen compresores cuyos rotores no llevan resortes y las paletas se mantie-nen 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 otornillo (Fig. 3.32), son distintos, en su concepción y funcionamiento, de los es-tudiados 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 extremossobre cojinetes, aseguran su exacta posición en el interior del compresor.

El rotor primario, de cuatro lóbulos o helicoides, es accionado directamentepor el motor eléctrico y gira a la misma velocidad que éste.

Mediante un sistema de rodamientos, el rotor primario transmite el movi-miento al rotor secundario, que tiene seis lóbulos o helicoides y es del mismodiámetro, pero gira a menor velocidad y en sentido contrario.

Figura 3.32 Compresor de tornillo.

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��


Entre los dos rotores existe una separación muy pequeña, es decir, no están encontacto entre sí.

Al girar ambos rotores dentro de la cavidad del compresor y debido a esa pe-queña separación, se producen las aberturas de espacios en la zona de aspiraciónque con el giro van disminuyendo, con lo que se traslada y comprime el fluido haciael 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 laregulación de su capacidad varía desde un 10% al 100% de la producción total.

En la actualidad, los compresores de tornillo no solamente son compresores abier-tos (Fig. 3.33), sino que también los hay herméticos y semiherméticos (Fig. 3.32).

3.7.2 Importancia del aceite Estos compresores helicoidales llevan unos grandes separadores de aceite. Este esinyectado 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 se-parador y antes de volver al compresor, suele pasar por un enfriador, que segúnlas características de la instalación, puede utilizar aire, agua, o el mismo fluido re-frigerante para el enfriamiento del aceite.

Los factores que determinan si es necesario el enfriamiento del aceite son lascondiciones de trabajo: � Temperatura de condensación � Temperatura de evaporación � Temperatura de descarga.

Figura 3.33 Compresor abierto de tornillo. Figura 3.34 Compresor abierto de tornillo, seccionado.

��

3.8 Determinación de la temperatura de descarga 63

Es muy importante controlar la temperatura del aceite, ya que tiene gran repercu-sión sobre el rendimiento del compresor, por lo que hay que seguir las instruccio-nes del fabricante al respecto.

3.7.3 Valores de la relación de compresiónGracias al sistema de lubricación anteriormente comentado, con estos compreso-res se consiguen unas relaciones de compresiones (Rc) elevadas, es decir, adecua-das para instalaciones que tengan que evaporar muy bajo y condensar a presionesaltas. Como dato orientativo, pueden alcanzar valores de Rc que casi triplican losreferidos a los alternativos de simple etapa.

En los compresores de tornillo la temperatura de descarga suele ser comomáximo 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 lafórmula:

Figura 3.35 Circuito de aceite en instalaciones con compresor de tornillo.

Línea de aceite paralubricación y dispositivode regulación de capacidad

Filtrode aceite

Separador de aceite

Enfriador de aceite

Bomba de aceite

Filtro de aspiración

Del evaporador

Entrada deagua

Compresor de tornillo

Circuito del aceite

Circuito del refrigerante

��

��

T2 T1

P2

P1-----⎝ ⎠

⎛ ⎞k 1–

k------------

=


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 cons-

tantes. Su valor depende del tipo de fluido refrigerante, por ejemplo, parael R-22 es 1,184.


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, respectiva-mente.

Determinar la temperatura de descarga.

La obtención de la temperatura mediante el diagrama se muestra en la figura 3.36.3

Figura 3.36 Obtención de la temperatura de descarga, por medio del diagrama p-h.

3. Ver capítulo 2 ”Diagrama de Mollier”.

��

T2 273 14–( )+( ) 112,5-------⎝ ⎠

⎛ ⎞1,184 1–

1,184----------------------

=

T2 259 4,4( )0,1554 323 ºK 50 ºC= = =

��

50 ºC

h

2,5

11

P

3.9 Potencia frigorífica 65

3.9 POTENCIA FRIGORÍFICALa potencia frigorífica de una instalación depende de las condiciones de funcio-namiento:

� 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 aunas determinadas de funcionamiento. Para su mejor comprensión realizaremosuna aplicación práctica.

Ejemplo del cálculo de la potencia frigorífica

Supongamos la instalación de la figura 3.37, de la que calcularemos su potencia frigorífica.

La instalación está en funcionamiento y tomamos los siguientes datos:



� 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

Figura 3.37 Instalación objeto del cálculo.

��

��


Válvula desolenoide

Visor delíquido

Filtrodeshidratador Válvula

de carga

Condensador

Evaporador

Válvula deexpansióntermostática

Acumuladorde aspiración Separador de aceite

Manómetro ypresostato de B.P,

Manómetro ypresostato A.P.

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).

Debemos distinguir la potencia frigorífica neta y la potencia frigorífica bruta. De manerapráctica, diremos que no toda la potencia que genera el compresor es la que “entra” en eltúnel, cámara o local a refrigerar, ya que una pequeña parte se “pierde” fuera del evapo-rador de la cámara. Por lo tanto, hay que diferenciar entre la potencia que realmente seemplea en el evaporador y la total que genera el compresor.

1. Potencia frigorífica neta (Pn)

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

Figura 3.38 Representación del ciclo mediante el diagrama p-h para la realización del cálculo.

18 56 58,5 69,5 h (kcal/kg)

2

12

Pkg/cm2

4 –25 ºC

30 ºC

25 ºC

25 ºC 30 ºC

–18 ºC

–18 ºC5

1

23

Ve = 0,086 m3/kg

Pn Vd Ern Rv δ (kcal/h)⋅ ⋅ ⋅=

3.9 Potencia frigorífica 67

Rv = Rendimiento volumétrico

δ = Densidad del fluido aspirado. Es la que corresponde a la temperatura a la entradadel 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)

Vd = Volumen desplazado (m3/h)

Erb = Efecto refrigerante bruto. Es decir, el enfriamiento realizado por el fluido re-frigerante desde que entra en el evaporador, hasta la misma aspiración delcompresor:

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 evidentementees 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)

Qr = 26,4 kg/ h

Pb Vd Erb Rv δ (kcal/h)⋅ ⋅ ⋅=

QrPotencia frig. bruta (kcal/h)

Efecto refrigerante bruto (kcal/kg)----------------------------------------------------------------------------------=

Qr1070 kcal/h

58,5 18–( ) kcal/lkg------------------------------------------------=


4. Capacidad del condensador (Qc)

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 elcompresor.

(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 fri-gorífica bruta más la potencia del compresor.

5. Potencia del compresor

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 rea-lidad se debe tener en cuenta que para producir ese movimiento se deben vencer las resis-tencias debidas a los rozamientos de los pistones (aros), cojinetes, prensaestopas, etc.Asimismo, en esas resistencias deben contemplarse las condiciones ambientales referidasa 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 potenciasuperior.

De hecho, la potencia reflejada en las placas de características de los motores, “va dis-minuyendo” hasta el valor de la llamada potencia efectiva del compresor (sobre el eje delcompresor), 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 siguientefórmula:

Qc Δh Qr⋅=

Pc Δh Qr⋅=

Rv 1 0,03 Rc⋅( )–=

3.10 Regulación de la potencia 69

Y si tampoco conociéramos el valor del desplazamiento volumétrico (Vd), lo podríamosdeterminar de la siguiente manera:

Vc = volumen del cilindro = π D2 C/4n = rpmN = número de cilindros.

3.10 REGULACIÓN DE LA POTENCIA

Si la carga de los evaporadores siempre fuese la misma, se instalaría el compresorpara esa determinada carga térmica. Pero como en la mayoría de los casos la cargavaría (el ejemplo más notorio lo tenemos en las instalaciones de aire acondicio-nado), se debe encontrar un punto de equilibrio entre la carga producida por elcompresor y la carga necesaria en el evaporador.

En pequeñas instalaciones, por ejemplo en los circuitos frigoríficos de las ne-veras domésticas, el compresor no tiene regulación de potencia, es decir que elcompresor, sea cual sea la carga térmica necesaria, siempre da la misma potenciapara la que ha sido calculado. Al tratarse de compresores monofásicos y de pe-queña potencia, del orden de 1/8 CV, no representa costes importantes.

En cambio en instalaciones de mayores potencias, hay que conseguir un equi-librio 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 fun-cionamiento.

3.10.1 Sistemas de regulación

La regulación se puede realizar de varias maneras, por ejemplo actuando sobre elvolumen desplazado o bien sobre las revoluciones del motor, ya que la potenciaes directamente proporcional a las revoluciones.

Entre los distintos sistemas existentes y como ejemplo de aplicación, estudia-remos los más empleados en los compresores helicoidales:a. Instalando entre la parte inferior de los dos rotores y el fondo del cárter un dis-

positivo deslizante (pistón), que es accionado por la presión del aceite (me-diante electroválvulas), y que al desplazarse a lo largo de los rotores, suposición marca el “punto” de inicio de la compresión del fluido y determinaasí el desplazamiento volumétrico del compresor.

b. Mediante controles deslizantes (pistones) instalados en el extremo final de labrida de descarga.

Vd Vc n N 60 m3/h( )⋅ ⋅ ⋅=

��

��

��


La figura 3.39 representa un compresor semihermético, en vista superior. La en-trada del fluido refrigerante es a través de la válvula de aspiración situada en ellado izquierdo, y la descarga (oculta) está en el lado derecho.

La regulación de la potencia se realiza mediante las dos electroválvulas y losdos pistones montados en el extremo de la brida de descarga.

Los dos pistones son accionados hi-dráulicamente. Mediante una señal eléctri-ca se abren unos orificios debidamentecalibrados, y así una parte del fluido esconducido hacia el lado de la aspiración(en la figura 3.40 se aprecia en detalle laoperación).

Al disminuir el caudal de fluido des-cargado, también disminuye la potencia.En este sistema, la regulación de potenciase realiza en dos etapas. Cuando una elec-troválvula no está activada, se produce unareducción de potencia

Figura 3.39 Disposición de los controles de capacidad, en un compresor helicoidal semihermético.

Dispositivode proteccióndel motor

Caja conexión eléctrica

Rotorsecundario

Control de capacidad(pistón y electroválvula)

Rodamientosde contacto

Control de capacidad(pistón y electroválvula)

RotorPrincipalMotor eléctrico

Válvula deaspiración

Figura 3.40 Detalle del funciona-miento de un control de capacidad.

PistónElectroválvula

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 velocidadelectrónico, que se basa en un convertidor avanzado de frecuencia, combinadocon 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 compre-sor depende de las condiciones de trabajo. Por ello vamos a ver, con ejemplos quese nos pueden presentar en las instalaciones, de qué manera repercuten en la po-tencia las variaciones de las presiones de trabajo.

En el diagrama de Mollier podemos apreciar cómo varía la potencia frigorífi-ca según las distintas temperaturas de evaporación y condensación.

a. ¿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 dis-minuye, con lo cual también disminuye la potencia.

2. El volumen específico (Ve′) aumenta, lo que implica que el desplazamientovolumétrico disminuye.

También se puede demostrar numéricamente con la relación de compresión (Rc),ya que, en este caso, aumenta y, por tanto, disminuyen el rendimiento volumétri-co (Rv) y la potencia frigorífica.

Figura 3.41 Variación de la presión de aspiración en el diagrama p-h.

��

ER′ER

Ve

Ve′

P

h

Pc

Pa

Pa′



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

Recordemos que

Por lo tanto, antes de variar la presión de aspiración, la relación de compresión (Rc) era:

Al disminuir la presión de aspiración desde Pa hasta Pa′, la relación de compresión será:

Lo que demuestra que aumenta la relación de compresión y con ello disminuyen el rendi-miento volumétrico (Rv) y la producción frigorífica.

b. ¿Qué ocurre con la potencia frigorífica cuando varía la presión de con-densación?

Supongamos que la presión de condensación Pc disminuye hasta un valor Pc´(Fig. 3.42).

Figura 3.42 Variación de la presión de condensación en el diagrama p-h.

��

RcPresión de descarga absoluta

Presión de aspiración absoluta------------------------------------------------------------------------=

Rc12 1+( ) kg/cm2

2 1+( ) kg/cm2---------------------------------------- 4,3= =

Rc12 1+( ) kg/cm2

1 1+( ) kg/cm2---------------------------------------- 6,5= =

��

ER

ER′

P

PcPc′

Pa

h

Ve

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 tam-bién aumenta.

2. La relación de compresión (Rc) disminuye, con lo que la potencia frigoríficaaumenta.


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:

Si la presión de condensación disminuye de Pc hasta Pc′, también varía la relación decompresión:

Con lo cual, al disminuir la relación de compresión, aumentan el rendimientovolumétrico y la potencia.

Nota Los fabricantes facilitan en su documentación técnica unas tablas de ren-dimientos de los compresores, según los modelos, en las que se reflejan las dis-tintas capacidades de acuerdo con las condiciones de funcionamiento.

La tabla 3.3 es un ejemplo de esta información técnica. En ella podemos compro-bar, 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 evaporaciónes de –5 ºC, entonces su capacidad se reduce a 9400 kcal/h.

Lo que demuestra lo comentado anteriormente.

��

Rc12 1+( ) kg/cm2

2 1+( ) kg/cm2---------------------------------------- 4,3= =

Rc9 1+( ) kg/cm2

2 1+( ) kg/cm2------------------------------------- 3,3= =

��


3.12 FUNCIONAMIENTO EN RÉGIMEN SECO Y EN RÉGIMEN HÚMEDO

Tal como hemos comentado anteriormente, los compresores no están trabajandosiempre de manera uniforme, es decir, con las mismas presiones o potencias por-que los demás elementos inciden sobre su funcionamiento directa o indirectamen-te. Por ejemplo: obstrucciones en elementos o tuberías, pérdida de fluidorefrigerante, apertura o cierre de los dispositivos de expansión, etc., que repercu-ten en las presiones de trabajo y, por lo tanto, en las potencias. Cabe pues distin-guir 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 refri-

gerante 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 importantepara producir el golpe de líquido, ya que se va evaporando debido a las tempera-turas más altas que se va encontrando, por ejemplo:a. En la conexión tubería de aspiración-compresor.b. En la culata

Tabla 3.2

Tip

o d

e

com

pre

sor

Desp

laza

mie

nto

(m3/

h)

Tem

pera

tura

de

con

den

saci

ón

(ºC

) 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 –20 –25 –30

4RD 10304050

205001830016700

171001507513800

140501209011500

1180010500

9400

968086007550

735071006025

680056004600

510042003550

480031502575

6TF 16304050

281002540022900

237002330021000

197502130016100

164001480013300

135001210010800

1100098008700

885078506900

700061905400

540046904150

��

3.12 Funcionamiento en régimen seco y en régimen húmedo 75

c. En el pistónd. En la camisae. Durante la fase de compresiónPero 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, entoncesse trata del régimen seco y, en este caso, el rendimiento es mayor que en el casoanterior.

Con ayuda del siguiente diagrama (Fig. 3.43) se aprecian perfectamente lasdiferencias 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 re-

calentamiento es muy poco, ya que está muy cerca de la línea de saturación).5-6 El recalentamiento es considerable, pero observemos el trabajo de compre-

sión y la alta temperatura de descarga.

Figura 3.43 Estudio de las consecuencias de funciona-miento en régimen seco y húmedo, con un diagrama p-h.

2 4 6

1 3 5

h

P

77

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 refrigeran-te a la salida del compresor está en estado de vapor recalentado y es así como entraen el condensador. Dado que es un intercambiador de calor, cederá su “calor” alagente condensante, ya sea agua o aire (de ahí su clasificación, como más adelanteveremos), produciéndose un enfriamiento del fluido refrigerante hasta llegar a latemperatura de condensación, a la cual se efectuará el cambio de estado.

Para que se produzca ese intercambio de calor entre el refrigerante y el agentecondensante, el intercambiador deberá ser de material conductor, de superficiesmetálicas.

Para ilustrar lo anteriormente expuesto, consideremos el ciclo estándar, conunas temperaturas de evaporación y condensación de –30 ºC y +35 ºC, respec-tivamente (Fig. 4.1).

El fluido entra en el condensador en estado de vapor recalentado a una tem-peratura de 80 ºC y a su paso por el mismo, a medida que cede su calor al agentecondensante, su temperatura va disminuyendo hasta que llega a los 35 ºC, que esa la que se produce la condensación, la cual se realiza a presión y temperaturaconstantes. 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.

��

78 Capítulo 4 Condensador

Este enfriamiento es debido a que pierde el calor sensible (“calor cedido o suminis-trado a una sustancia para que su temperatura baje o suba respectivamente”).

Una vez que el fluido está a 35 ºC (temperatura de condensación), se produceel cambio de estado, o sea la pérdida de calor latente (“cambio de estado a tem-peratura constante”), y sale del condensador en estado de líquido 100%, tal comose aprecia, a la temperatura que condensó.

Vemos que el calor disipado en el condensador es la suma del calor que pro-cede del evaporador más el calor de trabajo del compresor.La temperatura del líquido a la salida del condensador puede ser:a. La temperatura de condensaciónb. O una temperatura inferior a la de condensación, es decir que salga subenfriado.Este subenfriamiento se puede producir en el mismo condensador y es positivopara el rendimiento de la instalación, o bien, se puede conseguir fuera del conden-sador, 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 dematerial y de la diferencia de temperaturas entre los dos fluidos. Su valor es:

Figura 4.1 Diagrama p-h para el estudio de la condensación.

Q = S · k · Δt

P

35 ºC

–30 ºC

80 ºC

hER

Qc

��

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)(m2)(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 con-densante (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, con-sisten en dos tubos de distintos diámetros y con-céntricos (Figs. 4.2 y 4.3). El fluido refrigerante sedescarga en el espacio anular comprendido entrelos tubos concéntricos y circula en dirección des-cendente hacia el recipiente acumulador.

El agua circula en dirección ascendente hacia elcompresor, contraria al refrigerante.

Figura 4.3 Detalle de conexionado de un condensador de doble tubo.

��

��

Figura 4.2 Condensadorde doble tubo.

��

Salida de agua

Entrada de agua

Salidade fluido

Entradade fluido

refrigerante


4.3.1.2 Multitubulares

Están formados por una envolvente metálica, de forma cilíndrica, cerrada por loslaterales por medio de unas tapas atornilladas que se pueden desmontar para ins-pección 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 con-densante, según sea agua dulce o agua de mar. Por ejemplo, la envolvente puedeser de acero y los tubos interiores de cobre cuando el agente condensante es aguade 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.

El agua entra por la parte inferior a través de la conexión en una tapa lateral, queen su interior tiene un tabique, que impide que el agua entre por todos los tubos. Porello, entra por los de la parte inferior, llena el espacio de la tapa lateral contraria ycircula por los tubos superiores en sentido contrario hacia la salida.

El fluido refrigerante, procedente del compresor, entra por la parte superiory llena la envolvente. Debido a la transmisión de calor, el fluido refrigerantese condensa y sale por la parte inferior en estado de líquido hacia el recipienteacumulador.

La figura 4.5 representa un condensador-recipiente.

Figura 4.4 Condensador multitubular horizontal.

��

Entrada de gas refrigerante

Salida de agua

Entrada de agua

Salida de líquido refrigerante


Por lo general, los condensadores llevan instalados en la parte superior dela envolvente dispositivos de seguridad y válvula de purga para los gases incon-densables.

Aunque la instalación tiene el presostato de alta presión, para evitar que se al-cancen presiones elevadas durante el funcionamiento, en el caso de que el presos-tato no actuara, por ejemplo por avería o mala regulación, y la presión siguierasubiendo hasta alcanzar valores peligrosos, entonces actuaría la válvula de segu-ridad que descargaría el fluido al exterior.

Las válvulas de seguridad deben ser del tamaño y capacidad adecuados paracada instalación. Por ejemplo, si en una instalación el presostato de alta presiónestá regulado para actuar cuando la presión alcance los 17 kg/cm2, la válvula deseguridad 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 sa-lida un aumento de temperatura. En los condensadores del tipo multitubulares, ya efectos prácticos, se considera:

a. Esa diferencia de temperaturas del orden de 5 ó 6 ºC.

Figura 4.5 Condensador-recipiente.

��


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 en-

cima de la de entrada.Estos parámetros son de gran utilidad, ya que con ellos podemos comprobar elfuncionamiento 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 aplicaciónSe trata de una instalación que utiliza un condensador multitubular y la temperatura delagua 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 = 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 con-densación del fluido refrigerante.

En las tablas del fluido refrigerante correspondiente, en este caso R-22, obtenemos lapresión de condensación de 11 kg/cm2. Esta presión es la que se observa en el manómetrode alta presión.

También a efectos de mantenimiento de la instalación, estos parámetros nos son degran ayuda ya que, si por ejemplo, al cabo de un tiempo de funcionamiento:a. la presión de condensación aumentab. 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 detemperaturas del agua aumenta, puede ser por falta de caudal (problemas en labomba, filtro, válvulas o taponamientos), pero si la diferencia no varía, entonceses 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 at-

mosférica aspire aire del ambiente.� Alteración química del fluido refrigerante� Alteración química del aceite

��

tc te 10 ºC+=

��


� Si se trata de una instalación a la que se le haya realizado una operación demantenimiento, no se haya hecho correctamente el “vacío”

� O bien, si es una instalación, que después de su montaje y antes de ponerla enmarcha no se le haya hecho un “vacío” adecuado.

La presencia de gases incondensables en la instalación implica el aumento de lapresión 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 alser 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 estabiliza5. Cerrar la válvula de purga y dejar que se estabilice el sistema6. Volver a comprobar.Una vez puesta en marcha la instalación, es conveniente comprobar el nivel delfluido refrigerante.Si tocamos el condensador por su parte superior y lo notamos caliente, hacia su mi-tad templado y más frío hacia la parte inferior, es síntoma de buen funcionamiento.

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 losciclos de refrigeración. Anteriormente habíamos comentado la importancia quetiene en el sistema el trabajar a la presión de condensación adecuada. Por ello elintercambiador debe trabajar en perfectas condiciones.

Figura 4.6 Disposición de los elementos que inter-vienen en la eliminación de incondensables.

Entrada refrigerante

Salida refrigerante

Válvula de seguridad

Bombade agua

Válvulade purga

Condensador

��


Independientemente de los materiales que intervengan, la transmisión se pue-de ver afectada por falta de mantenimiento, ya que la suciedad por el interior delos tubos, incrustaciones de cuerpos sólidos que impiden el paso del agua, o losaceites que al depositarse en la parte exterior de los tubos impiden una buenatransmisión de calor. Por ello es conveniente limpiar los tubos por su interior, me-diante varillas especiales, y con productos químicos por su exterior siguiendo lasinstrucciones de los fabricantes.

Para limpiar el condensador, una vez cerradas las válvulas de entrada y salidade agua, se sacan las tapas laterales que están atornilladas a la parte central (viro-la) y con una varilla que en un extremo tiene un cepillo de teflón se pasa a travésde los tubos.

Para comprobar si persisten incrustaciones en el interior de los mismos, se co-loca en un extremo de los tubos un punto de luz y desde el otro extremo se va com-probando 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 conden-

sador. La frecuencia con que se realiza esta operación, en horas de funcionamien-to, 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 sobredi-mensionan

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 mate-rial 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 neve-ras domésticas recomiendan dejar un espacio determinado entre la parte posteriorde la nevera y la pared. Ya que si no hay buena circulación de aire la temperaturade condensación es muy alta y en consecuencia también la presión de condensa-ción. De hecho, uno de los problemas más comunes de las neveras, es no respetaresa distancia y la falta de limpieza de la rejilla de aire, situada en la parte frontalinferior.

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��


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 capaci-dad, haría falta un condensador de dimensiones muy grandes, con el inconvenien-te que supondría. Pero en instalaciones de capacidades mayores se emplean losdel 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 alum-nio separadas entre sí. La transmisión de calor se produce a través del tubo y lasaletas, con lo cual la superficie de transmisión es mayor. Si, además, la circula-ción del aire es forzada mediante ventiladores, la capacidad del condensador au-menta. Es de gran aplicación en instalaciones industriales porque un condensadorde estas características tendría unas dimensiones mucho menores que otro de tipoliso a igualdad de capacidades. Dicho de otro modo, a igualdad de tamaño tendríamucha más capacidad de condensación.

La figura 4.7 representa un condensador de tubo con aletas de circulaciónforzada.

La entrada de aire se realiza por la parte posterior del condensador, y la salidapor la parte del lado de los ventiladores, siendo ésta de menor sección. La chapaque rodea el ventilador “obliga” al aire a estar en contacto con todo el serpentín

Figura 4.7 Condensador de aire forzado.

��

CondensadorRecipientede líquido

Ventilador completo

Tubería de conexionado, entrada de fluido refrigerante,procedente del compresor

Tubería de salida del fluido condensado,al recipiente de líquido


del condensador, lo que favorece la transmisión de calor entre el fluido refrige-rante y el aire (Fig. 4.8).

Dado que el calor específico del aire es de 0,24 kcal/(kg)(ºC), su poder de absor-ción 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 tem-peratura de entrada del aire influye en la temperatura de condensación y por tantoen el rendimiento.

4.3.2.2.1 Parámetros de funcionamiento El aire, al entrar en el condensador, sufre un aumento de temperatura del orden de7 u 8 ºC, y la temperatura de condensación está determinada a 7 ºC por encima dela de salida. O lo que es lo mismo, la temperatura de condensación es 15 ºC supe-rior a la de entrada del aire.

tc = temperatura de condensación (ºC)te = temperatura de entrada del aire (ºC)


Se trata de una instalación que trabaja con un condensador de aire forzado, el fluido refri-gerante 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.

Figura 4.8 Disposición de tubos y aletas en un condensador de aire forzado.

tc = te + 15 ºC

Ventilador

Deflector confijaciones

Salida de fluido

Entrada de fluido

��

��

��


Estos parámetros también podríamos utilizarlos para determinar incondensableso suciedad, como en el apartado anterior.

Por lo general, los condensadores por aire trabajan con temperaturas de con-densación superiores a los que utilizan agua. Cuando hay variaciones importantesde la temperatura del aire, estos condensadores suelen llevar dispositivos de regu-lación (presostatos o termostatos), que actúan variando la velocidad de los venti-ladores 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 en-tre las aletas, pues disminuiría la transmisión y por tanto el rendimiento. El con-densador en este caso no podría condensar bien el fluido, no le daría tiempo, y ala salida tendríamos líquido y gas. Es como si se colocara un condensador máspequeño, puesto que la superficie de transmisión disminuye.

Las aletas no deben estar en contacto entre ellas, ya que ello dificultaría la cir-culación de aire y afectaría al rendimiento. Existen en el mercado peines separa-dores de aletas.

En estos condensadores la superficie de transmisión comprende los tubos yaletas por las dos caras.

4.3.3 Mixtos

Emplean el aire y el agua, conjuntamente, para efectuar la condensación. Los másutilizados son los condensadores evaporativos.

4.3.3.1 Condensadores evaporativos

Dado que los sistemas de refrigeración que emplean agua para efectuar lacondensación necesitan caudales importantes, esto puede representar un inconve-niente tanto por el alto consumo, como porque están sometidos a las normativaslocales respecto a la utilización del agua de red. O también, aunque las normativaslo autorizaran, puede ser que económicamente resulte rentable instalar condensa-dores evaporativos (Fig. 4.9) y torres de refrigeración.

Su funcionamiento se basa en la combinación de aire y de agua, a contraco-rriente, para efectuar la condensación. Se instalan en el exterior de la planta derefrigeración, aunque si hubiera que instalarlos en el interior, habría que preverlas conducciones del aire.

Su rendimiento es función de la temperatura del bulbo húmedo del aire a laentrada 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 tra-vés de un serpentín, el cual está en el interior de una envolvente, que suele serde material galvanizado.

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��

��


2. El ventilador (o ventiladores, que pueden ser axiales o centrífugos) hace cir-cular el aire atmosférico en sentido ascendente que aspira a través de las reji-llas y lo descarga de nuevo, a la atmósfera, con lo cual pasa a través delserpentín enfriándolo.

3. Asimismo, en la parte superior va instalada una línea de agua con toberas, quela pulverizan sobre el serpentín. El agua cae al fondo del condensador y es as-pirada por una bomba (1), que la envía nuevamente a las toberas.

Figura 4.9 Condensador evaporativo.

Figura 4.10 Instalación con condensador evaporativo.

Entrada de aire

Mirillas

Tapas de registro

Purga deincondensables

Ventiladores

Entrada de fluido refrigerante

Salida fluido condensado

Bomba agua

Sala de máquinas

Aspiración

Separadorde aceite

A los evaporadores


Vaciado

Aguade red

PlacasseparadorasToberaspulverizadoras

Entrada de aire

ExteriorPurga deincondensables

(1)


Una parte del agua se pierde por evaporación a la atmósfera. Para evitar que seaimportante esa pérdida, se colocan las placas separadoras, que impiden que elagua por la acción de los ventiladores sea descargada a la atmósfera, pues chocacontra las placas y cae a la bandeja.

La reposición del agua perdida se puede conseguir, por ejemplo, instalandouna válvula en la línea de alimentación (agua de red) controlada por un reguladorde nivel (flotador). El agua empleada debe ser analizada, por si fuera convenienteproceder 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 ins-tale es muy baja, hay que añadir solución de glicol o similar.

El tratamiento, si es necesario, no supone que haya que añadir el producto quí-mico al depósito de agua, sino que debe añadirse al agua en circulación (aspira-ción de la bomba).

Uno de los factores de los que depende el buen rendimiento de estos conden-sadores es mantener la superficie exterior del serpentín libre de depósitos e in-crustaciones, por lo que hay que contrarrestar el peligroso bicarbonato cálcico quetodas las aguas llevan disueltas.

No obstante, dada la importancia del tratamiento, es conveniente seguir lasinstrucciones 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 ser-pentín deben comprobarse y limpiarse mensualmente.

En caso de no tener instalado el dispositivo antiincrustante y con objeto dedisminuir 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 deuna 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 grá-ficos de los fabricantes.

Veamos con un ejemplo los parámetros que intervienen.


Se trata de seleccionar un condensador evaporativo para una instalación cuyos datos co-nocidos son los siguientes:

� Capacidad a disipar: 180 000 kcal/h

� Temperatura de condensación: 36 ºC

��

��

��


� Temperatura del bulbo húmedo: 20 ºC


El proceso a seguir es el siguiente:

1. Con el gráfico de la figura 4.11 determinaremos el factor “K” de corrección, que estárelacionado con la temperatura de condensación y la temperatura del bulbo húmedo:

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 ins-talar, que será de una capacidad igual o ligeramente superior a la corregida:

Figura 4.11 Factor "K" de corrección.

Tabla 4.1 Capacidades de los condensadores evaporativos.

Capacidad estándar Modelo

90 000 120 000 160 000 190 000 220 000 250 000

ABDABJABLABMABRABS

2520

17

0,1 0,5 0,9 1,4

30

36

34

32

Temperatura decondensación (ºC)

Temperatura delbulbo húmedo (ºC)

Factor "K" de corrección

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 loscondensadores evaporativos son los que tambiénjustifican la instalación de las torres de refrigera-ción (Fig. 4.13). Se emplean en las instalacionesde 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 sumisión es enfriar el agua empleada para la con-densación.

Tal como vemos en el esquema de la figura4.14, el agua a la salida del condensador es enviada mediante una bomba a la partesuperior de la torre, donde es pulverizada por las toberas y cae sobre el panel o re-lleno (Fig. 4.12), que es un conjunto de láminas de PVC soldadas entre sí, de talmanera 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 serinspeccionado y sustituido según la frecuencia que determine el fabricante.

El aire atmosférico es impulsado por el ventilador (o ventiladores) en sentidoascendente y descargado a la atmósfera.

Figura 4.13 Torre de refrigeración.

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Figura 4.12 Panel o relleno.

��

Ventilador

Entrada de aire

Entrada de agua

Salida de agua


El agua se enfría porque cede su calor al aire; por ello, cuanto más baja seala temperatura del bulbo húmedo, más efectiva será la torre, es decir más hume-dad arrastrará el aire.

El agua cae en la bandeja situada en la parte inferior y es aspirada por la bom-ba, que la envía nuevamente al condensador.

En la parte superior de la torre están las placas separadoras, cuya función esla misma que la explicada en los evaporativos.

Con la torre se consigue un ahorro de agua del 95% como mínimo. Dicho deotro modo, se pierde, como máximo, un 5% por evaporación.

La reposición del agua se consigue automáticamente, por ejemplo con la ins-talación de una válvula controlada por un regulador de nivel (flotador), que dapaso al agua de red cuando sea necesario.

De manera orientativa, diremos que el salto térmico del agua en el condensa-dor 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 apar-tado de los condensadores evaporativos.

Figura 4.14 Instalación con torre de refrigeración.

Exterior

Placas separadorasSeparadorde aceite

AspiraciónToberas pulverizadoras

Entradade aire

Aguade red

Bombade agua

Vaciado

Condensador

Al evaporador


Circuito del refrigerante

Circuito de agua

Válvulatermos-tática

Bandeja de agua

Panel o relleno

4.4 Torres de refrigeración 93

El control de la temperatura del agua del condensador se hace mediante la ins-talación de una válvula termostática, la cual, según la temperatura que detecte,manda el agua a la torre o la recircula nuevamente al condensador. Otro sistemaconsiste en variar la velocidad de los ventiladores (con lo cual se varía el caudalde 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 seconsigue 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 lastuberías tienen una gran importancia.

4.4.1 Bomba de circulación del agua

Es conveniente instalar válvulas de compuerta. De manera genérica, diremos quela 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 comprendidaentre 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 pre-sión en tuberías, elementos, condensador y torre de refrigeración.

Las caídas de presión en el condensador y torre son datos del fabricante; las de-más 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 deter-minar las pérdidas de carga por longitud equivalente.


Se trata de una red de 200 m de tubería de hierro galvanizado, conectada a una bomba quemueve 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 retención2 codos 1 Te.

1. Con ayuda de la tabla 4.2, determinamos la longitud equivalente:

��

��


2. En el gráfico de la figura4.15, con el caudal y el diá-metro conocidos, tendremosla pérdida de carga por cada100 m de tubería, que es de2,1 m.c.a.; por lo tanto, parala red de tubería del ejemploserá:

que son

5,07 / 10,33 = 0,49 kg/cm2

Determinación de la longitud equivalente.

200 m de tubería1 válvula de retención2 válvulas de compuerta2 codos1 Te

1 × 222 × 1,82 × 61 × 4

200 m 22 m

3,6 m 12 m

4 m

Longitud equivalente 241,6 m

Tabla 4.2 Longitud equivalente en metros.

Diámetroen mm

Válvuladecompuerta

Válvula de asiento

Válvula de ángulo

Válvula de retención

Codo de 45º

Te

255075

100150200300

0,30,50,60,81,31,82,6

8,51725355270

110

4,59

1318273655

2,55,58

11162233

0,81,62,23469

0,511,52346

Figura 4.15 Pérdida de carga.

0,5 1 1,50,1 2

500

300

200

100

50 50

100

200

300

400

Diámetromm

Caudalm3/h

Caída de presión en m.c.a. por cada 100 m2,3

2,1241,6100

-------------× 5,07 m.c.a.=

��

4.5 Diferencias en el montaje de una torre o un condensador evaporativo 95

4.5 DIFERENCIAS EN EL MONTAJE DE UNA TORRE O UN CONDENSADOR EVAPORATIVO

Por las características de funcionamiento que hemos comentado de los condensa-dores evaporativos y las torres, vemos que éstas pueden montarse a distanciasconsiderables 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 máscorto que si se usara un condensador evaporativo.

En cambio, en los condensadores evaporativos, hay que tener en cuenta quecuanto más lejos se monten del compresor, las pérdidas de carga ya afectan al pro-pio circuito del refrigerante. El circuito de agua es menor, con lo que las bombastambién son más pequeñas.

Estos son algunos de los factores a tener en cuenta para la elección de una to-rre 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 debajode la de condensación a la presión de saturación correspondiente.

Como se puede ver en la figura 4.16, el subenfriamiento implica aumento deproducción frigorífica (el efecto refrigerante es mayor).

Para apreciar mejor lo anteriormente expuesto, haremos una aplicación práctica.

Figura 4.16 Estudio del subenfriamiento mediante el diagrama p-h.

��

��

ER

P

h

Pa

Pc



Se trata de dos instalaciones que utilizan fluido refrigerante R-22, y cuyas condensacionesse realizan mediante condensadores multitubulares de agua.

� Una instalación trabaja con un subenfriamiento de 5 ºC y la otra no tiene suben-friamiento.

� No se tienen en cuenta los recalentamientos.

� La temperatura de aspiración del fluido, medida en el compresor, es de 2 ºC y la decondensación 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 con-densador y el calor del vapor que entra en el compresor, multiplicada por el caudal másico:

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 ca-lor 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, debidoal 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:

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%.

P = (hl – hv) · Qr

P = (hl – hv) · Qr

��

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, yaque si, por ejemplo, se tratara de amoníaco (R-717 ó NH3) el aumento sería prácticamentela mitad.

Otra ventaja muy importante es que, además, esa diferencia de presiones entre la decondensación 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 lí-quido. 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 aplicacio-nes prácticas.

Ejemplo nº1

Se trata de una instalación cuya condensación se realiza mediante un condensador poragua (multitubular) y de la que tenemos los siguientes datos:

� Capacidad: 25 000 kcal/h

� Temperatura de evaporación: –20 ºC


� Temperatura de entrada del agua: 21 ºC

� Temperatura de salida del agua: 26 ºC

� Coeficiente de transmisión (k): 800 kcal /(h)(m2)(ºC)


Vamos a determinar la superficie de transmisión del condensador.Como sabemos, la capacidad del condensador es:

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 eva-

porador es la siguiente:

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

Q = S · k · Δt

��

��

��

h2 h3–h1 h4–------------------ 68 kcal/kg 20 kcal/kg–

58,5 kcal/kg 20 kcal/kg–------------------------------------------------------------- 48

38,5---------- 1,246= = =


Por lo tanto:

tc = temperatura de condensación (ºC)tea = temperatura de entrada de agua en el condensador (ºC)tsa = temperatura de salida de agua del condensador (ºC)

Aplicando estos valores:

31 150 kcal/h = S × 800 kcal/(h)(m2)(ºC) × 8,2 ºC

Ejemplo nº 2Calculemos la capacidad de un condensador por aire, de circulación forzada, para una ins-talación cuyos datos conocidos son:

� Capacidad del evaporador: 28 000 kcal/h


Figura 4.17 Representación del ciclo mediante el diagrama p-h.

Q = S · k · Δtm

P

12,9

2,5

20 58,5 68 h

3

4

2

1

32 ºC

-20 ºC

Δtm tc tea–( ) tc tsa–( )–

lntc tea–( )tc tsa–( )

------------------------------------------------------------------------=

Δtmtc tea–( ) tc tsa–( )–

lntc tea–( )tc tsa–( )

---------------------

----------------------------------------------- 32 21–( ) 32 26–( )–

ln32 21–( )32 26–( )

------------------------------------------------------------------------- 8,2 ºC= = =

S 31 150 kcal/h

800 kcal/(h) m2( ) ºC( ) 8,2 ºC×------------------------------------------------------------------------------= ��

��

4.8 Selección del condensador 99


� Temperatura del aire ambiente: 20 ºC


El proceso será el siguiente:

1. Trazaremos el diagrama de Mollier correspondiente (Fig. 4.18)

2. Determinaremos la relación Qc/Qe

Qc = capacidad del condensadorQe = capacidad del evaporador

3. Capacidad del condensador:

Qc = 28 000 kcal/h · 1,22 = 34 160 kcal/h

4.8 SELECCIÓN DEL CONDENSADOR

Se trata de determinar la capacidad nominal del condensador que se debe insta-lar. Para ello se deben utilizar las tablas de los fabricantes, que las elaboran segúnlos datos que obtienen en las pruebas que realizan. Cada fabricante tiene sus pro-pias tablas. Un ejemplo ilustrativo del proceso de selección sería el siguiente:

Figura 4.18 Representación del ciclo en el diagrama p-h.

Relación Qc

Qe------ h2 h3–( ) kcal/kg

h1 h4–( ) kcal/kg------------------------------------------ 67,5 22–( ) kcal/kg

59 22–( ) kcal/kg---------------------------------------------- 1,226= = =

��

P

13,9

3,6

35 ºC

–10 ºC

22 59 h

2

14

3

67,5

��


Ejemplo de aplicación:Seleccionemos el condensador de la instalación del ejemplo nº2.

Tal como comentamos al principio, se debe determinar la capacidad nominal del con-densador, 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 condensadorQe = capacidad del evaporadorFc = factor calor compresiónFr = factor refrigeranteFa = factor de altitudDt = diferencia de temperaturas (tc – ta)

a. El factor de calor de compresión (Fc), se obtiene en la gráfica de la figura 4.19:

Con lo que Fc = 1,3

b. Factor del refrigerante (Fr), según la tabla del fabricante:

Con lo cual Fr = 1,04

Figura 4.19 Obtención del factor de calor de comprensión (Fc).

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

��

Fc

1,9

1,5

1,1–5 –15 –25

45 ºC

40 ºC35 ºC30 ºC

Temperaturas decondensación

Temperaturas de evaporación

4.9 Determinación del caudal de agua 101

c. Para obtener el factor de altitud (Fa), recurrimos a la siguiente tabla del fabricante:

Con lo cual Fa = 1

d. Δt o Dt, es la diferencia entre la temperatura de condensación y la de entrada del ai-re; 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 selec-cionar el condensador.

4.9 DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DE AGUA

Para determinar el caudal de agua necesario que debe circular por un condensadormultitubular, recurrimos a la siguiente fórmula:

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)


Siguiendo con el ejemplo nº 1, vamos a determinar la cantidad de agua que pasa a travésdel condensador.

Q = m · ce · (ts – te)

m= 6,23 m3/h

Factor de altitud (Fa)

Altitud del nivel del mar 0 500 1000

Fa 1 1,01 1,06

Q = m · ce · (ts – te)

��

��

��

m Qce ts te–( )⋅----------------------------- 31 150 kcal/h

1kcal/ 1( ) º C( ) 26 21–( ) º C( )⋅--------------------------------------------------------------------------- 6230 1/h= = =

��


4.10 CONSECUENCIAS DE UNA ELEVADA PRESIÓN DE CONDENSACIÓN

Como conclusión de la importancia que tiene una presión de condensación dema-siado alta con relación a la de aspiración, diremos que:

↑ = aumento↓ = disminución⇒ = implicaPc = presión de condensaciónRc = relación de compresiónRv = rendimiento volumétricoPf = potencia frigorífica

De lo que se deduce que un aumento de la presión de condensación, por encimade los valores establecidos, implica la disminución de la potencia frigorífica y enconsecuencia el aumento de los consumos.

No obstante, en el capítulo de los compresores, esta variación de presión setrata con más profundidad.

↑ Pc ⇒ ↑ Rc ⇒ ↓ Rv ⇒ ↓ Pf

��

103

C A P I T U L O 5

Evaporador

IntroducciónEs el elemento de la instalación donde se produce el efecto refrigerante. Es unintercambiador de calor, en el cual el calor de la cámara o local pasa al interiordel evaporador por efecto de la ebullición del fluido refrigerante en su interior.

El fluido refrigerante, ya expansionado, entra en el evaporador a la presión ytemperatura necesarias para que efectúe el enfriamiento del medio que lo rodea.

Tiene que estar formado por un material que sea muy buen conductor del ca-lor, para que se realice el mejor intercambio posible, y no tienen que estar insta-lados necesariamente dentro de los recintos o locales a refrigerar.

5.1 CAPACIDAD DEL EVAPORADORSe expresa en kcal/h, es decir la cantidad de calor que extrae por unidad de tiem-po, y depende de los siguientes factores:

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 en-

friar (ºC)

Q = S · k · Δt

��

104 Capítulo 5 Evaporador

Cuanto mayor sea el valor de cualquiera de estos tres factores, mayor será lacantidad de calor extraído. Pero ello implica también ciertos condicionantes, ta-les 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 EVAPORADORESSon muchas las formas y tipos de evaporadores existentes, por lo que es difícilenglobarlos en una sola clasificación, y los distinguiremos según el estado delfluido refrigerante en su interior y según su construcción.

5.2.1 Evaporadores según el estado del fluido refrigerante en su interior

5.2.1.1 Inundados

En estos evaporadores, el fluido refrigerante se encuentra en estado líquido desdela entrada hasta la salida, aunque a la salida está en mezcla de líquido y gas; peroen un porcentaje considerable de líquido. Es decir, el fluido refrigerante se en-cuentra 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 enun porcentaje considerable de líquido, implica que la diferencia de temperaturasentre el fluido refrigerante y el medio a enfriar es prácticamente constante. Tam-bién se caracterizan por el tipo de dispositivo de expansión, ya que emplean losdenominados reguladores de nivel o válvula de flotador.

Una instalación típica que emplea estos evaporadores, se muestra en la si-guiente figura 5.1.

El fluido refrigerante procedente del recipiente de líquido, pasa a través delregulador (dispositivo de expansión) y entra expansionado en un recipiente lla-mado separador de líquido. Desde este elemento se alimentan los evaporadores.

En la figura hemos representado dos evaporadores: uno alimentado por gra-vedad y otro forzado, por bomba. Incluso desde el separador de líquido, pode-mos alimentar evaporadores para distintas temperaturas, mediante expansionesposteriores.

A la salida del evaporador, el fluido se encuentra en estado líquido en su ma-yor parte y por lo tanto no puede ir conectado directamente al compresor. Por ellose conecta la salida al separador de líquido, en el cual el líquido está en la parteinferior y el vapor en la parte superior, de donde es aspirado por el compresor.

��

��

��

5.2 Clasificación de los evaporadores 105

El separador de líquido, al contener el fluido a muy baja presión, ya que estáexpansionado, debe estar perfectamente aislado; de lo contrario habría transmi-sión y el fluido ebulliría.

5.2.1.2 Semiinundados

Están formados por dos colectores, uno de menor diámetro que es la entrada delfluido 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

Figura 5.1 Instalación con evaporadores inundados.

Figura 5.2 Evaporador semiinundado.

Líquidodel recipiente


Aspiración

Compresor

Descarga

Separadorde líquido

Bomba de circulacióndel fluido refrigerante

Evaporador de la cámara nº2

Evaporador de la cámara nº1

��

Entrada de fluidoSalida de fluido


que circula el fluido refrigerante. Es muy importante para su correcto funciona-miento que estos evaporadores estén perfectamente nivelados.

Al estar los tubos conectados en paralelo, la velocidad del fluido refrigerantea través de los mismos es muy baja y el líquido se va depositando en la parte in-ferior de los tubos, inundándolos. El vapor que se va formando circula por la partesuperior.

Por lo general, estos evaporadores son de tubo con aletas, que en el gráfico noestán 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 evapora-dor, en estado de gas. Es decir, una parte de la superficie de transmisión se empleaen el recalentamiento del fluido refrigerante.

En los evaporadores secos la alimentación se produce, generalmente, median-te 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 quelas válvulas de expansión termostáticas trabajan según el recalentamiento del va-por a la salida del evaporador. En el capítulo de las válvulas de expansión lo tra-taremos con mayor profundidad.

5.2.2 Evaporadores según su construcción

5.2.2.1 De tubo liso

Son los más empleados desde el principio de la refrigeración. Consisten en untubo de cobre recocido que puede presentar distintas formas, entre las que desta-can, por su aplicación, la de zigzag y en espiral (Fig. 5.3).

Figura 5.3 Evaporador de tubo liso.

��

��

��

Entradafluido

refrigeranteBandeja

Salida de fluido refrigerante

Desagüe

5.2 Clasificación de los evaporadores 107

5.2.2.2 De tubo con aletasPara una misma capacidad, con las aletas se consigue un menor tamaño porque lasuperficie de transmisión es la de los tubos más la de las aletas (Fig. 5.4).

Las aletas pueden ser de varias formas, principalmente rectangulares o circulares,y no necesariamente lisas con objeto de facilitar la turbulencia del aire. Las aletasse fijan al tubo mediante un proceso mecánico, que consiste en el ensanchamientodel 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 largode las paredes del local a refrigerar. El aire frío procedente del evaporador, alentrar en contacto con el producto se calienta por la transmisión de calor y as-ciende hacia el evaporador, que lo enfría, “cayendo” nuevamente sobre el pro-ducto a enfriar.

� ForzadaLa entrada y salida del aire se produce por la acción de los ventiladores, porlo que la separación entre las aletas es menor que en los de circulación natural.

Figura 5.4 Evaporador con aletas.

Figura 5.5 Evaporador de circulación forzada.

��


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 encontacto con todo el tramo del serpentín. El aireque no está en contacto con los tubos de la prime-ra fila, lo consigue con los de la segunda fila.

Los materiales que se empleen para los tubosy aletas, deben ser muy buenos conductores de ca-lor; pero al mismo tiempo han de ser compatiblescon los fluidos refrigerantes. Con amoníaco seemplean tubos y aletas de acero, y con fluidos clo-rofluorados, tubos de cobre y aletas de aluminio.

Nota En el montaje de los evaporadores es muy importante seguir las instruccio-nes de los fabricantes y respetar las distancias entre evaporador y techo o paredescon objeto de no perjudicar la circulación del aire, y por lo tanto el rendimiento.

5.3 EXPANSIÓN DIRECTA E INDIRECTATal como comentamos al principio de este capítulo, los evaporadores son los ele-mentos que se encargan de mantener la temperatura necesaria en el interior dellocal a refrigerar. Pero ello no implica que tengan que estar instalados dentro dellocal, sino que pueden también estar fuera. Distinguiremos entre sistemas deexpansión directa y sistemas de expansión indirecta.

5.3.1 Expansión directaEl evaporador enfría directamente la cámara, bien porque está instalado en su in-terior o en un local anexo. Un ejemplo de este último tipo de instalación, es el re-presentado en la siguiente figura 5.7.

Figura 5.7 Evaporador de expansión directa.

Figura 5.6 Tubos al tresbolillo.

��

��

Cámara Localanexo

Aspiración

Líquidorefrigerante

5.3 Expansión directa e indirecta 109

El evaporador está instalado en un local anexo y la descarga del aire se realizaa través de un conducto que dispone de unas rejillas para la salida del aire. De estaforma se consigue una distribución uniforme del aire de impulsión. El retorno delaire 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 lascaracterísticas de almacenamiento del producto.

5.3.2 Expansión indirecta

Necesita de un circuito secundario para mantener la temperatura necesaria en elinterior del local. Es un sistema muy empleado en casos en que el local o cámaraa refrigerar está situado a una distancia considerable del compresor.


Un ejemplo ilustrativo de este caso lo tenemos en la figura 5.8, en la que solamente refle-jamos los elementos más característicos:

Se trata de un sistema cuyo evaporador enfría un líquido (agua o salmuera) en un tan-que, de donde es aspirado por una bomba y enviado a un serpentín, que se encuentra den-tro del local o cámara a refrigerar. La salida del serpentín de la cámara retorna nuevamenteal tanque.

Figura 5.8 Evaporador de expansión indirecta.

��

��

Compresor

Circuito de refrigeración

Circuito de agua o salmueraEntrada de agentecondensante (agua)

Condensador


Tanque

Bomba de circulación delíquido (agua o salmuera)

Cámara arefrigerarAgua o salmuera

Descarga

Aspiración

Evaporador Serpentín de la cámara

��


5.3.2.1 Ventajas de este sistema

1. Se evitan las grandes caídas de presión, que si se hiciera por expansión directaimplicarían, entre otras medidas, sobredimensionar el compresor para com-pensar esas pérdidas de carga. Así no hay que llevar el evaporador al interiorde la cámara para conseguir la temperatura necesaria en su interior. Estas caí-das 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 fluidorefrigerante.

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. Ade-más estas fugas se detectan con facilidad y el reponer estos fluidos es más ba-rato que si fuera el fluido refrigerante.

El enfriamiento que se produce mediante el serpentín del circuito secundario seconoce como frigorífero, pues aprovecha el calor sensible para la producciónde frío.

En cambio, el enfriamiento producido en el serpentín del circuito primario(evaporador del circuito frigorífico) se conoce como frigorígeno, pues aprovechael 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 acon-dicionado. Como el representado en el esquema de la figura 5.9, en el que apare-cen los elementos más importantes (los presostatos, termostatos, manómetros,etc, ya se suponen aplicados).

El circuito representa la denominada “central enfriadora de agua”, de granaplicación en este tipo de instalaciones. Básicamente consta de un circuito de re-frigeración, 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 quieraacondicionar (Fig. 5.10). En el lateral derecho se pueden apreciar las conexionesde entrada y salida de agua. El agua al salir del fan-coil vuelve al tanque, para suenfriamiento. Evidentemente, el agua a la salida del fan-coil, lo hace a una tempe-ratura superior a la que entró en el mismo, ya que se encarga de robar el calor dellocal.

Como dato orientativo, en este tipo de instalaciones el agua que sale del tan-que (o sea, la que entra en el fan-coil) lo hace a una temperatura de 7 ºC y retornacon una temperatura de 12 ºC.

A efectos de una mejor comprensión del funcionamiento, diremos que losfan-coils a la entrada llevan instalada una válvula moduladora (Fig. 5.9) que actúa

��

��

5.3 Expansión directa e indirecta 111

según la señal que le envía el termostato ambiente, con lo cual, si la temperaturaambiente es más alta que la requerida, la válvula moduladora abre dando paso amás caudal de agua, y se cerrará cuando la temperatura disminuya.

Figura 5.9 Aire acondicionado por sistema indirecto.

Figura 5.10 "Fan-coil".

Compresor

Recipientede líquido

Condensador

Local

BombaVálvulamoduladora

Tanque

2

TermostatoT

Circuito del fluido refrigerante

Circuito de agua o salmuera

Ventilador

Motor

Bandeja

Intercambiadoragua-aire

Condensadoreléctrico


En el esquema están representadas otras dos válvulas moduladoras, que ac-túan sobre los fan-coils de otros locales a acondicionar.

Los ventiladores del fan-coil suelen estar conectados con variadores de velo-cidad; de esta manera se regula el caudal del aire impulsado de acuerdo con lasnecesidades térmicas del local puesto que, evidentemente, existe una relación en-tre el caudal impulsado (m3/h) y las frigorías que aporta.

5.3.2.2.1 Mantenimiento del fan-coilComo es elemento del circuito que, de una manera directa, se encarga de mantener latemperatura en el interior del local, independientemente de las recomendaciones decada 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 líqui-dos se utilizan los denominados enfriadores de líquido (Fig. 5.11).

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 5.11 Enfriador de líquido.

Figura 5.12 Enfriador de líquido multitubular.

��

Aspiracióndel líquido

RetornoSalida fluidorefrigerante

Entrada fluido refrigerante

5.4 Salto térmico en los evaporadores (Δt) 113

5.4 SALTO TÉRMICO EN LOS EVAPORADORES (�t)

Es la diferencia de temperaturas entre la del fluido refrigerante, evaporándose enel interior de los evaporadores, y la del fluido a enfriar. Varía según se trate esteúltimo de aire, salmuera, agua… y el tipo de evaporador a emplear.

A efectos prácticos y de una manera orientativa, diremos, por ejemplo, quea. 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 evapo-radores de circulación natural.

Ya que el salto térmico (Δt) está condicionado por la humedad relativa (H.R.) dela cámara, que a su vez está determinada por el tipo de producto en el interior dela misma, no debemos olvidar que cada producto tiene su propia temperatura yhumedad relativa, para poder ser mantenido en óptimas condiciones de conserva-ción o congelación.


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) es-

tará entre 5 y 8 ºC, con lo cual el fluido se evaporará a una presión del orden de los0,85 kg/cm2 (considerando una diferencia de 7 ºC), que será la presión que nos marqueel 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 ejemplosque nos podremos encontrar en una instalación.


Supongamos una instalación que trabaja con un evaporador de circulación natural (porgravedad) 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 detubo con aletas, es de 7 kcal / (h)(m2)(ºC)

Las medidas del evaporador, que reflejamos en la figura 5.13, son:

��

��

��

��

��


H = 160 mmA = 325 mmL = 760 mm, es la longitud de cada tubo, que aunque en la figura están representados so-lamente dos, este evaporador tiene 8 tubos.

Tal como hemos estudiado al principio del capítulo, la capacidad de un evaporador es:

De esta fórmula conocemos Δt, y k. Con lo cual, debemos de determinar la superficie S detransmisión.

La superficie de transmisión es la suma de la superficie de los tubos y aletas:

a. Tubos

Medimos el diámetro ∅ = 16,5 mmLongitud, L = 760 mm, no consideramos los codos.

La superficie de cada tubo será: Altura

La base es la longitud del tubo (L), y la altura, h, la determinamos:

l = 2 · π · (∅/2) = 2 · 3,14 · (16,5/2) = 51,81 mm

S = 760 mm · 51,81 mm = 39 375,6 mm2

Como hay 8 tubos

S = 39 375,6 mm2 × 8 = 315 004,8 mm2

Figura 5.13 Cotas del evaporador.

A L

H

Q S k tΔ⋅ ⋅=

Base

l 2 π r⋅ ⋅=

S b h×=

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 pro-ceso 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), quenos 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 porformación de escarcha y de hielo en las baterías de los evaporadores, durante eltiempo establecido entre los períodos de desescarche.

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.


Se trata de seleccionar un evaporador de circulación forzada, para las siguientes condicio-nes de trabajo:

� Capacidad: 10 000 kcal/h

� Temperatura de la cámara (tc): –25 ºC

� Temperatura de evaporación (te): –30 ºC

��

��

Qn Qcf

-------=

��


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 enlas tablas del fabricante (Fig. 5.14) el factor de corrección (f) 0,58

2. La capacidad nominal, será:

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 apareceel valor de esta capacidad, se escoge el de potencia inmediata superior.

Figura 5.14 Tabla de factor de corrección.

-5 -10 -20 -300,50

0,60

0,80

1

1,15

Temperaturas de evaporación (ºC)

Fact

or d

e co

rrec

ción

f

Δt = 10 ºC

Δt = 9 ºC

Δt = 8 ºC

Δt = 7 ºC

Δt = 6 ºC

Δt = 5 ºC

Qn Qcf

-------=

5.7 Desescarche 117

El modelo seleccionado será el DJ/15.

5.7 DESESCARCHE

5.7.1 IntroducciónConsiste en la eliminación de la escarcha que se produce en el evaporador. Paraun mejor entendimiento del proceso, consideremos un evaporador forzado quefunciona en el interior de una cámara frigorífica. El aire del interior de la cámaraes 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, quecontiene el fluido refrigerante a baja presión, se depositan en la superficie deltubo y por el enfriamiento forman la escarcha (a temperatura ligeramente supe-rior a los 0 ºC).

Esa escarcha, posteriormente hielo, es perjudicial para el rendimiento del eva-porador, ya que actúa de aislante entre el aire y el fluido refrigerante, con lo cualtenemos una doble problemática:

1. Impide que el aire de la cámara al pasar por el serpentín se enfríe hasta la tempe-ratura necesaria, obligando al compresor a trabajar en ciclos largos, con las con-secuencias 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 pue-de 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 apor-tación de calor. Los sistemas de desescarche más empleados son:

5.7.2.1 Por aguaEs el sistema que menos se usa entre los comentados en este apartado. En la figu-ra 5.15 se representa un caso de aplicación.

En la parte superior del serpentín está instalada una bandeja, que dispone deunos 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 sobretodo el serpentín.

Modelo Capacidad N.kcal/h

Caudal de airem3/h

Superficiem2

FG/14FG/20DJ/15

14 20016 30018 700

16 00019 00021 000

110125140

��

��

��

��

��


Al caer sobre el hielo, se produce la fusión de éste, que cae en la bandeja in-ferior y el agua es conducida a la red de desagüe.

Durante la realización del desescarche, la alimentación del fluido refrigeranteestá interrumpida y el ventilador parado. En el siguiente tipo de desescarche, muyutilizado, 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 aletasdel evaporador.

Figura 5.15 Desescarche por agua.

Figura 5.16 Conexión eléctrica de las resistencias de desescarche.

Salida de aire

Entrada de agua

Entrada líquidorefrigeranteSalida gas

refrigerante

Desagüe

��

5.7 Desescarche 119

La ejecución puede realizarse de varias maneras. Una de las más extendidas,automática, consiste en lo siguiente (Fig. 5.17):

1. El desescarche se inicia, por ejemplo, mediante un temporizador que cierra laválvula de solenoide, con lo cual ya no pasa el fluido refrigerante al evapora-dor (la presión de aspiración del compresor empieza a caer, hasta que alcanzael 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 resis-tencias eléctricas.

3. La finalización del desescarche puede ser por tiempo o por temperatura, y detal manera que contemple la salida del agua que va cayendo a la bandeja.

4. Finalizado el desescarche se desconectan las resistencias eléctricas, se poneel ventilador en marcha y se abre la válvula de solenoide, con lo que se ponenuevamente en marcha la instalación.

La bandeja debe estar dimensionada para que recoja toda la cantidad de agua pro-veniente de la fusión del hielo. Tratándose de bajas temperaturas, la bandeja y eltubo de desagüe, van provistos de resistencias eléctricas para evitar la congela-ción del agua.

Durante el desescarche, al estar conectadas las resistencias eléctricas, provocanel aumento de la presión del fluido refrigerante contenido en el evaporador. Ese au-mento de la presión del fluido en el lado de baja presión puede dañar, por sobrecar-ga, el motor del compresor en el arranque. Para evitar esa alta presión en laaspiración se ha instalado en la aspiración del compresor un regulador de presión.1

También se puede solventar mediante una válvula de expansión adecuada.2

Figura 5.17 Desescarche por resistencias eléctricas.

1. Ver apartado 7.2 "Regulador de presión de aspiración" del capítulo "Reguladores".

Regulador de presión

Ventiladordel evaporador

Válvula de solenoide

BandejaCompresor

Condensador


Resistencias

Evaporador


Nota Cuando las resistencias están activadas, hemos dicho que el compresor yaestá 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, conlo cual el diferencial del presostato arranca el compresor. Pero la válvula de sole-noide sigue cerrada y no pasa fluido, el compresor solo aspira lo que tenga desdeel evaporador (incluido) y la presión de aspiración cae hasta que el presostato (porbaja) para nuevamente el compresor.

5.7.2.3 Por gas caliente

Es un sistema con un alto rendimiento. Consiste en la introducción de gas calien-te, vapor recalentado, en el evaporador que se quiera realizar el desescarche.

El esquema de la figura 5.18 nos facilita la comprensión.

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 separa el ventilador. Evidentemente, en este caso el compresor no se para puestoque la instalación consta de más de un evaporador. Si la instalación tuviera unsolo evaporador, habría que disponer de otro elemento que reevaporara elfluido antes de la entrada al compresor.

2. Se abre la válvula 1 y el vapor recalentado deriva al evaporador entrando enéste después de la válvula de expansión. Dada la diferencia de temperaturasexistente, comienza la fusión del hielo, pero al mismo tiempo ese vapor reca-lentado se enfría hasta que se produce la condensación del fluido.

2. Ver apartado 6.5 "Válvulas de expansión termostáticas con MOP" del capítulo "Dispositivos deexpansión".

Figura 5.18 Desescarche por gas caliente.

��

1

Compresor Condensador


Evaporador

Válvula 2Válvula de expansión

Válvula 1

Alimentación a otro evaporador

5.7 Desescarche 121

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, quecomo ya sabemos, es peligroso para el compresor si lo aspira.

La manera de cómo se soluciona este problema, es lo que diferencia las distintasaplicaciones de este sistema de desescarche. Una de las soluciones empleadasen instalaciones con varios evaporadores, consiste en la comunicación de estosentre sí.


En la figura 5.19 se representa una instalación con dos evaporadores. Para mejor com-prensión de su funcionamiento, solamente se reflejan los elementos que intervienen en losciclos de desescarche correspondientes a los evaporadores A y B.

a. Cuando la instalación está funcionando normalmente, el fluido refrigerante sigue elcircuito 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

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 co-rrespondientes a los dos evaporadores sería:

� Las válvulas que estarían abiertas: 1-3-4-8

� Las válvulas que estarían cerradas: 2-7-5-6

Figura 5.19 Desescarche de instalación con dos evaporadores. Funcionamiento normal.

��

8

6

7 3

5

42

1

Entradade agua

Salidade agua

Condensador


Compresor

A B


Es decir, el líquido que sale del evaporador “A” alimenta el evaporador “B” en funciona-miento. Incluso esa variación de temperaturas en el líquido, tal como se demostró en ca-pítulos 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 gascaliente, dos tercios de la instalación deben estar en producción de frío.

Figura 5.20 Desescarche de instalación con dos evaporadores. Desescarche del evaporador "A".

Figura 5.21 Desescarche de instalación con dos evaporadores. Desescarche del evaporador "B".

8

6

7 3

5

42

11

Entradade agua

Salidade agua

Condensador


Compresor

A B

Línea de gas caliente

��

8

6

7 3

5

42

11

AguaCondensador


Compresor

A B

Línea de gas caliente

5.7 Desescarche 123

5.7.2.4 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 condensadory el condensador la del evaporador.

La ejecución puede realizarse con sistema de válvulas, en manual o automá-tico, o bien mediante la instalación de una válvula de 4 vías. Viene a ser la basede la conocida “bomba de calor” (que aunque no es objeto de este libro, para ha-cernos 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:

Las flechas representan el ciclo normal del funcionamiento de la instalación. El com-presor descarga el fluido refrigerante al serpentín (B), que es el condensador, pasa alrecipiente 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 dedesescarche del evaporador (A) de la cámara. Las flechas representan el sentidodel fluido durante el mismo.

3. COP (Coeficiente de prestación de un sistema) es la relación entre la energía térmica cedida porel sistema y la energía, de tipo convencional, absorbida.

Figura 5.22 Ciclo normal de funcionamiento.

��

25

4

1

3

A

B

C

Compresor

Válvulade retención

Válvulade expansión


El compresor descarga el fluido refrigerante directamente al evaporador (A)que se “transforma” en condensador, ya que debido a la transmisión de calor, elfluido se condensa y pasa a través de la válvula de expansión al serpentín (B), queahora 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

5.8 EFECTOS DE LA PRESIÓN DE ASPIRACIÓN EN EL EVAPORADOR

El rendimiento del evaporador tiene una relación muy directa con la presión deaspiración. Si se aumenta la presión de aspiración, también aumentan la presióny la temperatura del fluido dentro del evaporador. Esto implica que se reduce ladiferencia de temperaturas entre el fluido refrigerante y el medio exterior que ro-dea el evaporador. En este caso el rendimiento del evaporador disminuye.

Por el contrario, si la presión de aspiración disminuye, también disminuyen lapresión y la temperatura del fluido dentro del evaporador, con lo que la diferenciade temperaturas entre los dos fluidos aumenta. Esto se traduce en un aumento del

Figura 5.23 Desescarche por inversión del ciclo.

2

5

4

1

3

A

B

C

Compresor

Válvulade retención

Válvulade expansión

��

5.9 Influencia del aceite en el evaporador 125

rendimiento del evaporador. En cambio, tal como hemos comentado en el capítu-lo de los compresores, en éstos ocurre el efecto contrario.


Se trata de una instalación que emplea un evaporador de circulación natural, de tubo conaletas, que trabaja con un Δt de 12 ºC y tiene una capacidad de 3900 kcal/h. ¿Cuál sería lacapacidad, 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 capacidaddisminuiría a las 2700 kcal/h.

b. Y si Δt fuese de 6 ºC, la capacidad del evaporador disminuiría hasta las 2000 kcal/h.

5.9 INFLUENCIA DEL ACEITE EN EL EVAPORADOR

Al disminuir la presión de aspiración, el retorno del aceite al compresor se hacecon más dificultad y podría originar que el aceite se quedara en el evaporador ac-tuando de aislante, disminuyendo así la transmisión de calor, e incluso producirtaponamientos.

Por otra parte, el nivel de aceite en el cárter disminuiría, lo que también difi-cultaría 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 másadelante estudiaremos, el diámetro influye en las velocidades y las pérdidas decarga.

Para que nos hagamos una idea de estos valores, diremos que si la salida delevaporador 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 velo-cidad mínima del fluido debe ser de 3 m/s.

Figura 5.24 Capacidad del evaporador en función de Δt.

��

��

1000

2000

3000

4000

0 2 4 6 8 10 12 14

Capacidad (kcal/h)

Diferencia de temperatura del evaporador ºC

��


En cambio si la salida del evaporador es vertical ascendente, caso de que elcompresor 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 delaceite, por otra parte también aumentan las pérdidas de carga y las caídas de pre-sión que afectan al rendimiento de la instalación.

127

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. Tubos capilaresb. Válvulas de expansión termostáticasc. Válvulas reguladoras de nivel (flotador)d. Válvulas manuales

Las válvulas manuales tienen muy poca aplicación. Son válvulas de aguja y seemplean en instalaciones cuya carga sea constante. También se utilizan monta-das en “by-pass” con las válvulas de expansión, como complemento de regula-ción, o bien para que en un momento dado, por ejemplo una avería, se puedaregular la cantidad de fluido a través de ellas.

128 Capítulo 6 Dispositivos de expansión

6.1 TUBOS CAPILARES

Se emplean en pequeñas instalaciones en las que varía poco la carga frigorífica,principalmente instalaciones domésticas y comerciales de refrigeración, así comoen acondicionamiento de aire. Por ejemplo, en neveras, muebles enfriadores, bo-telleros, 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.

La línea a trazos representa la bandeja de recogida de las gotas de agua resul-tantes de la condensación en el interior de la nevera. En esta bandeja, al estar encontacto con el vapor recalentado de la descarga, se eliminan las gotas de agua.

Asimismo, el fluido entra en el condensador con una temperatura menor, loque favorece la condensación.

El tubo capilar une el condensador con el evaporador (alta y baja presión), yes un tubo de cobre de pequeño diámetro. El fluido refrigerante al circular por elinterior del tubo, sufre una caída de presión y por tanto de temperatura, lo que ori-gina su expansión.

Para evitar que una parte del fluido se evapore dentro del tubo, éste se suelemeter unos centímetros dentro del tubo de aspiración, que sale del evaporador ha-

Figura 6.1 Circuito de nevera doméstica.

��

Tubo capilar

Filtro

Evaporador

Condensador

Bandeja

Compresor

6.2 Válvulas de expansión termostáticas 129

cia el compresor. Con lo que se produce un intercambio térmico, que retrasa laevaporación del fluido dentro del tubo capilar.

Tal como se puede ver en el esquema anterior, la instalación no lleva acumula-dor de líquido, pues la reserva del fluido condensado se encuentra en los últimos tra-mos 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 in-terior y la longitud.

� Como dato orientativo, diremos que el mayor diá-metro suele ser del orden de 2,4 mm.Para la comprobación de los diámetros, se utilizanlas “galgas de capilares”

� Se suministran en rollos de diferentes diámetros yse cortan con un útil especial (cortacapilares), se-gún la longitud necesaria.

� Cuando se realice el montaje de un tubo capilar, yasea el conjunto filtro-tubo capilar mediante abocar-dado (roscado) o capilar mediante soldadura, hayque eliminar las impurezas porque podrían producir la obstrucción del fluido.

� En este tipo de instalaciones, después de realizar alguna reparación, es muyimportante que cuando se vuelva a poner en marcha, tenga la cantidad exactade fluido refrigerante. Dada la importancia de la exactitud de la carga, los fa-bricantes 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 característi-cas. 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 líqui-do al compresor.

� Por el contrario, si fuera de mayor longitud entonces al fluido le costaría másllegar al evaporador, y se sobrecargaría el condensador, aumentaría la presiónde 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 lasinstalaciones que la inmensa mayoría de las personas que trabajan en ellas enalgún momento dado las han manipulado. Pero también hay que decir que en

Galgas

Cortacapilares

��

��


muchos casos, sin motivo, que no era necesario hacerlo, justificándolo de la si-guiente manera:

“La cámara no consigue la temperatura adecuada, por lo tanto si no enfría esporque 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 quela “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 pasaa través de ella, sino que también hay otras repercusiones, como estudiaremosposteriormente.

Por lo tanto, vamos a comentar las características más importantes de su fun-cionamiento, regulación, averías, síntomas y soluciones, que nos ayudarán a unmejor conocimiento de las mismas.

6.2.1 Funcionamiento de la válvulaA la entrada de la válvula, el fluido debe estar en estado de líquido 100% a latemperatura de condensación o mejor aún subenfriado, con lo que al sufrir laexpansión, 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 unbuen rendimiento.

Deben montarse lo más cerca posible de los evaporadores, pues de lo contra-rio, cuanto más lejos se monte, hay que compensar la pérdida de rendimiento, porejemplo aislando el tramo que los une, o replanteando diámetros.

Su funcionamiento queda determinado por tres presiones fundamentales queactúan 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 ca-pilar soldado entre ambos.

Figura 6.2 Válvula de expansión termostática.

Conexión entrada de fluido refrigerante

Conexión de salida de fluidorefrigerante

Tornillo de regulación

Bulbo

��


Pe = Presión de evaporación, actúa sobre la parte inferior de la membrana y tien-de 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 conigualador interno”.

Pr = Presión del resorte, también actúa sobre la parte inferior de la membrana ytiende a cerrarla. Es la fuerza que actúa directamente sobre el vástago de laválvula.

Por lo que, en su funcionamiento, la presión del bulbo es equilibrada por la sumade la presión del resorte más la presión de evaporación:

(1)

cuando Pb > Pr + Pe, la válvula se abrecuando Pb < Pr + Pe, la válvula se cierra

La igualdad de presiones (1) se verá afectada por la variación de la tempera-tura del refrigerante a la salida del evaporador medida en el bulbo, puesto que esla 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.

Figura 6.3 Presiones que actúan en la válvula de expansión termostática.

Salida (entrada al evaporador)

Entrada de líquido refrigerante

EvaporadorPb

Pe

Pe

Pr

Tornillo deregulación

↓ Pb↑ Pr ↑ Pe------------------------------ membrana

Pb Pr Pe+=


b. Por el contrario, si la temperatura del refrigerante en el evaporador a la salidade éste no aumenta, entonces la temperatura y la presión del bulbo tampocoaumentarán, y la válvula cerrará.

Lo que podemos resumir en una frase: "Las válvulas termostáticas trabajan se-gún el recalentamiento del fluido refrigerante a la salida del evaporador, medidoen el bulbo”.

¿Pero cómo, cuándo y por qué ocurre esto exactamente? Como es la clave desu funcionamiento, a continuación lo analizaremos con mayor profundidad.

6.2.2 RecalentamientoEl recalentamiento es la diferencia de temperaturas del fluido entre la entrada yla 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 tem-peratura. Recordemos que al aumentar la presión de un fluido aumentamos supunto de ebullición, y al disminuir su presión también disminuimos su punto deebullición. A la salida, esa mezcla de líquido y vapor, como consecuencia de laexpansión, estará a la presión y temperatura de evaporación, conocida como “pre-sión de baja”, que será determinada en unión del compresor.

El fluido, al encontrarse a la temperatura de evaporación, empieza a robar ca-lor del medio que lo rodea, y esa transmisión de calor provoca una disminuciónde 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 llama-remos punto “X”. Este punto representa el estado de vapor saturado que aún seencuentra a la temperatura de evaporación.

De manera gráfica (Fig. 6.4) podemos ver cómo evoluciona el fluido refrige-rante a través del evaporador, dando unos valores arbitrarios para facilitar la com-prensión de la evolución del fluido refrigerante por el interior del serpentín(evaporador):

Figura 6.4 Evolución del fluido refrigerante.

��

12

4

5

3

6 7

Aspiracióndel compresor

Entradade líquido


1. Representa el fluido refrigerante a la entrada de la válvula. Está en estado líqui-do 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 latemperatura de evaporación.

4. En este punto estaría en una proporción de 50% líquido y 50% vapor, a la tem-peratura de evaporación.

5. La proporción sería de 15% líquido y 85% vapor, a la temperatura de eva-poración.

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 evapora-dor hasta el punto “X”, que es donde la última gota de líquido se evapora, es lamisma: es la temperatura de evaporación. Lo que se produce es un cambio de es-tado a temperatura constante.

Pero desde ese punto el fluido sigue circulando a través del evaporador, yaque está sometido a la aspiración del compresor, y como su temperatura es aúninferior a la del recinto a refrigerar, así como también por rozamiento con las pa-redes internas del serpentín, sufre un aumento de temperatura con lo cual, el flui-do 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 temperaturasdel fluido refrigerante, entre la entrada y la salida del evaporador, o lo que es lomismo, la diferencia de temperaturas entre el punto “X” y la salida del evapora-dor medida en el bulbo.

Esa diferencia de temperaturas, es decir el recalentamiento, debe estar com-prendido, por lo general, entre 4 ºC y 6 ºC.


El siguiente gráfico (Fig. 6.5) nos facilitará la comprensión de lo anteriormente co-mentado:Supongamos un evaporador, sin caída de presión, alimentado con una válvula deexpansión 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 cantidadde fluido refrigerante, de manera que se consiga un recalentamiento que origine una tem-peratura a la salida, y medida en el bulbo, que cause en éste una presión Pb = 1,1 kg/cm2.

��


Dado que

1,1 kg/cm2 = 0,5 kg/cm2 + 0,6 kg/cm2

Con lo que el recalentamiento es:

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 bajoSi 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 alcompresor 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 inclusoen elementos inferiores, veríamos formación de escarcha o hielo.

Pero aunque no llegara a producir el temido golpe de líquido, el compresor estaríatrabajando en régimen húmedo,1 con lo cual el mismo compresor eliminaría esas

Figura 6.5 Funcionamiento de una vávula de expansión con igualador interno, en un eva-porador sin caída de presión.

1. Ver apartado 3.12 “Funcionamiento en régimen seco y en régimen húmedo” del capítulo 3(Compresores).

Entrada de fluido

Recalentamiento

Pb – 1,1 kg/cm2 (–24 ºC)

Pe

Pe

Pr


Membrana

0,6 kg/cm2 (–31 ºC)

0,6 kg/cm2 (–31 ºC) (–24 ºC)0,6 kg/cm2

0,5 kg/cm2

Pb Pr Pe+=

Temperatura de evaporación:

Temperatura en el bulbo:

Recalentamiento:

31 ºC–

24 ºC–

7 ºC–----------------

��

��


gotas de líquido, insuficientes aún para producir el golpe, convirtiéndolas en va-por; pero esas gotas de líquido deberían haberse vaporizado en el evaporador.

Solución

� Tendríamos que regular la válvula para conseguir el recalentamiento adecuado. Esdecir, tendríamos que llevar el punto “X” hacia dentro del evaporador y dejarlodentro de los límites anteriormente citados, lo que se consigue cerrando la válvula.

Nota Al realizar las operaciones de ajuste del recalentamiento, hay que tenerpresente que el hecho de actuar sobre la válvula no implica una velocidad de res-puesta 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 en-contramos con el punto “X” alejado del bulbo; pero dentro del evaporador, lo cualsupone disminución del rendimiento del evaporador.

A modo de ejemplo ilustrativo, en la figura 6.6 podemos ver la representaciónde un recalentamiento alto, donde se observa cómo el fluido va evaporándose has-ta que alcanza el denominado punto “X”, y lo alejado que éste se encuentra delbulbo, lo que provoca un aumento del recalentamiento.

Síntoma externo:Observando el evaporador, éste se encontraría parcialmente escarchado desde laentrada hasta donde se encuentre el punto “X”, con lo cual la superficie útil delevaporador disminuiría, ya que solamente esa parte del evaporador es la que real-mente enfriaría.

Figura 6.6 Recalentamiento alto.

��


Entradade líquido

90% liq. 10% vap.

50% liq. 50% vap.

20% líq. 80% vap. "X"Recalentamiento


Por otra parte:

� El compresor trabajaría con ciclos largos, puesto que al disminuir la superfi-cie de transmisión del evaporador, es como si fuera sustituido por otro de me-nor capacidad.

� Las temperaturas de entrada al compresor serían mayores, lo que afectaríatambién a los materiales, aceite de lubricación y temperatura de descarga.

Como se puede ver, el recalentamiento además de tener consecuencias directassobre 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 elementosque intervienen directamente, cuyo evaporador está alimentado a través de una válvula deexpansión 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 temperatu-ra de evaporación de –32 ºC, con lo cual:

Este recalentamiento es muy bajo, con lo que tendríamos que llevar el punto “X” haciadentro.

Figura 6.7 Ejemplo de recalentamiento bajo.

��

��

Temperatura de evaporación:

Temperatura de salida (termómetro):

Recalentamiento:

32 ºC–

31 ºC–

1 ºC----------------

Válvulatermostática –31ºC

Compresor

0,5 kg/cm2


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 pre-caución. Es conveniente seguir las instrucciones del fabricante; si no disponemosde ellas, cerraríamos media vuelta el tornillo de regulación y esperaríamos unos10 minutos, para dar tiempo a que se estabilizara la instalación. Volveríamos acomprobar y actuaríamos otra vez, si fuese necesario, hasta conseguir la regula-ción adecuada.

Ejemplo de aplicación nº2

Se trata de la instalación de la figura 6.8, de la que tomamos los siguientes datos:


� Presión de aspiración: 0,8 kg/cm2

� El termómetro colocado a la salida del evaporador, en el bulbo, mide una temperaturade –17 ºC.

Analizar el recalentamiento.A esa presión le corresponde una temperatura de evaporación de –28 ºC, con lo cual ladiferencia es de 11 ºC. El recalentamiento es muy alto, el punto “X” estaría muy dentrodel evaporador.

Solución:

Tendríamos que abrir el tornillo de regulación de la válvula, para dar más paso de fluidorefrigerante 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 elbulbo.

Figura 6.8 Ejemplo de recalentamiento alto.

��

��

Válvulatermostática –17ºC

0,8 kg/cm2

Compresor

��

��


Es conveniente seguir las instrucciones de los fabricantes, pero de un modo gene-ral 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 ab-

solutamente 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 loscasos de los evaporadores cuya salida hacia el compresor sea horizontal (A), overtical ascendente (B).

Fig ARepresenta 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 mismonivel, en realidad a la salida del evaporador se le da una pendiente del orden del2% hacia el compresor, para garantizar el retorno de aceite.

Fig BRepresenta la salida de un evaporador cuando éste se instala por debajo del com-presor. O por decirlo de una manera genérica, siempre que la salida del evapora-dor sea ascendente.

A la salida, y cuando se inicia el tramo ascendente, se coloca un sifón paraevitar fluctuaciones de la válvula por falsas señales del bulbo. En los tiempos deparada, el sifón evita que el aceite entre en el evaporador.

Si la diferencia de niveles es considerable, además de este sifón en la base se-ría conveniente colocar otros intermedios.

En caso de ser una válvula con igualador externo, el bulbo siempre se coloca-rá antes que el igualador externo.

Con enfriadores de salmuera u otro líquido, el bulbo irá debajo del nivel, y sifuera preciso, aislado.

Figura 6.9 Colocación del bulbo.

A B

6.3 Válvulas de expansión termostáticas con igualador externo de presión 139

6.2.4 Carga del bulboLas válvulas de expansión termostáticas pueden presentar distintos tipos de cargaen el bulbo. Cada carga tiene sus propias características térmicas, que condicio-nan el funcionamiento de la válvula. Por lo general, la carga es del mismo fluidoque utiliza la instalación.

La carga puede ser:

a. LíquidaEl funcionamiento de la válvula queda condicionado a los cambios de temperatu-ra 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 pequeñomargen de temperaturas.

c. Carga cruzada

Cuando la carga es de un fluido distinto al de la instalación, se conoce como bulbocon “carga cruzada”. Esta válvula está más influenciada por las variaciones de laspresiones de aspiración que las que se puedan producir en el bulbo.

Con temperaturas de aspiración altas, este tipo de válvulas controla altos re-calentamientos, 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 sa-lida, cuando el fluido alcanza el bulbo, esa pequeña presión y temperatura provo-can en el bulbo una presión insuficiente para poder abrir la válvula.

Por ello, si en esos evaporadores se montara una válvula con igualador inter-no, tendría que trabajar con un recalentamiento alto, con lo que disminuiría la su-perficie de transmisión del evaporador y por lo tanto su capacidad.

Para solucionar este inconveniente, disponemos de las válvulas de expansióntermostáticas con igualador externo (Fig. 6.10). Este consiste en un pequeño tuboque comunica la parte inferior de la membrana con la salida del evaporador des-pués del bulbo (siempre después del bulbo). Así, esta fuerza que actúa por debajode la membrana, ya sería la presión de evaporación menos la caída de presión alo largo del evaporador.

Pb = presión del bulboPr = presión del resortePe–Δp = presión de evaporación menos la caída de presión.

��

��

Pb↑ Pr ↑ Pe-Δp-----------------------------------------


Ejemplo de aplicaciónRetomando el ejemplo anterior de la fig 6.5, si esa misma válvula termostática se instalaen 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 esde 0,9 kg/cm2, que sumada a la presión del resorte (Pr) cuyo valor es de 0,5 kg/cm2 dauna presión total de cierre:

0,5 kg/cm2 + 0,9 kg/cm2 = 1,4 kg/cm2

que es la presión necesaria en el bulbo para abrirla.

Figura 6.10 Válvula de expansión termostática con igualador externo.

Figura 6.11 Funcionamiento de la válvula de expansión con igualador interno en un eva-porador con caída de presión.

Conexión de entradade fluido refrigerante

Conexión de salidade fluido refrigerante


Bulbo

Conexión deligualador externo

��

Pr Pe+ Pb=

Entrada de fluido

1,4 kg/cm2 (–21 ºC)

Pe

Pe

Pr


Membrana

0,9 kg/cm2 (–27 ºC)

0,6 kg/cm2 (–31 ºC) (–21 ºC)0,9 kg/cm2

0,5 kg/cm2

Recalentamiento

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 vál-vula debe reducir su caudal para crear el recalentamiento necesario en el bulbo hasta al-canzar 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 ante-

riormente 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 pér-dida de capacidad.

Este problema se soluciona con la instalación de una válvula con igualador externode presión, ya que la presión (Pe) que actúa para cerrar la válvula es la de la salida delevaporador, es decir, la real:

Tal como se aprecia en la figura 6.12, se trata del mismo evaporador; pero alimentadocon 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:

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 delbulbo (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 temperaturade –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.

Figura 6.12 Funcionamiento de la válvula de expansión con igualador externo.

Pr Pe+ Pb=

��

Entrada de fluido

1,1 kg/cm2 (–24 ºC)

Pe

Pe

Pr


Membrana

0,9 kg/cm2

0,6 kg/cm2 (–24 ºC)

Recalentamiento

0,5 kg/cm2 0,6 kg/cm2


6.3.1 Montaje del igualador externo

� Es importante recordar que el igualador externo de presión debe montarsesiempre “pinchando” la tubería de aspiración por su parte superior. Si se hi-ciera por la inferior, se correría el peligro de que el tubo igualador externo seobstruyera por taponamiento con aceite o por decantación de impurezas, conlo cual la válvula no trabajaría bien, ya que es fundamental que la válvula “re-ciba la información” de la presión de aspiración en la parte inferior de lamembrana.

� El tubo que une la válvula con la tubería de aspiración, es decir el igualadorexterno, debe llevar una válvula de corte, pues en caso de que se necesite sus-tituir 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-22a la temperatura de evaporación de –40 ºC es de 0,051 kg/cm2. Pero con el mismofluido refrigerante, para una temperatura de evaporación de 5 ºC ya sería de0,204 kg/cm2.

Cuanto más baja sea la temperatura de evaporación, las pérdidas de carga enbaja presión son menos toleradas.

Nota En caso de que tengamos que tomar una decisión entre montar una válvulacon igualador interno o externo de presión, podemos optar tranquilamente por lade igualador externo para cualquier evaporador, siempre que se instale el iguala-dor 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 pudieranobstruir el orificio (también conocido como tobera). Por ello es importanteque no se acumule suciedad en el mismo, ya que obstruiría el paso de fluidorefrigerante.

Una manera de limpiarlo es agitarlo dentro de un pequeño frasco con al-cohol y después comprobarlo a contraluz.

� El orificio, que es donde realmente se produce la expansión del fluido. Se pue-de cambiar. Lleva grabado un número, con lo cual si se cambia por otro ori-ficio, se cambiarán las condiciones de funcionamiento. Es decir se cambianlas capacidades de la válvula.

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6.4 Boquillas distribuidoras 143

En la siguiente tabla se puede comprobar la variación de las capacidades con dis-tintos orificios:

6.4 BOQUILLAS DISTRIBUIDORAS

En aquellos evaporadores que estén formados por tubos pa-ralelos individuales, como el que se representa en la figura6.14, estos tubos no son alimentados directamente desde laválvula termostática, sino a través de una boquilla distribui-dora. Esta boquilla distribuidora tiene unos orificios que laconectan, mediante unos tubos a cada uno del evaporador,para conseguir así una mejor distribución del fluido refrige-rante en todo el evaporador.

Para ello los tubos de unión deberán de ser de la mismalongitud y diámetro, porque de esta manera se consigue quela distribución en el evaporador sea uniforme.

Pero por otra parte, además de la caída de presión delevaporador hay que sumar la producida por los tubos de distribución. Esta caídade presión implica que las válvulas termostáticas que se instalen con las boquillasdistribuidoras, tengan que ser de igualador externo de presión.

La boquilla distribuidora debe montarse en posición vertical y mejor en sen-tido descendente (Fig. 6.15).

No tiene que ir necesariamente roscada o soldada a la válvula de expansióntermostática, pero en esos casos la distancia entre ambas deberá ser lo más cortaposible.

Figura 6.13 Filtro y orificio.

OrificioNº

Capacidades nominales en kW

R-134 a R-22 R-407 C

00012

0,300,801,903,10

0,501,303,205,30

0,501,403,505,70

OrificioFiltro

Figura 6.14 Boquilladistribuidora.

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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 ylimita así la presión de aspiración.

Durante el ciclo de desescarche, y también al finalizar, se produce un aumentode presión en el evaporador, con lo que cuando el compresor volviera a ponerseen marcha, se encontraría con una presión alta que sobrecargaría el motor.

Para evitar esta sobrecarga del motor, una de las soluciones es instalar unaválvula de expansión termostática con MOP, que tiene la misma función que lasanteriores con el añadido de ser limitadora.

Uno de los tipos más empleados es el que tiene dos membranas (ver figu-ra 6.16) y un elemento elástico entre ellas. Cuando la presión de aspiración seaproxima al punto de sobrecarga del motor, el elemento elástico se comprime yobliga a la válvula a restringir el paso de fluido refrigerante al evaporador. Enton-ces, la presión de aspiración disminuye hasta la de ajuste, con lo cual el elementoelástico se extiende y las dos membranas actúan como una sola. A partir de esemomento la válvula funciona de manera normal.

Este aumento de presión también se puede producir después de una paradapor ciclo normal de funcionamiento.

No son adecuadas para instalaciones que requieran enfriamientos rápidos.

Figura 6.15 Instalación de evaporador con boquilla distribuidora.

Evaporador

Igualadorexterno

Conexiónbulbo

Boquilladistribuidora

Válvulatermostática

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6.6 Selección de La válvula de expansión termostática 145

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.


Se trata de seleccionar la válvula para una instalación de las siguientes características:

� Capacidad corregida: 1.870 kcal/h


� Temperatura de condensación. 30 ºC


Figura 6.16 Válvula de expansión termostática con MOP.

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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 debidasa 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, entramosen las tablas para seleccionarla de acuerdo con su capacidad.

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.

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)

VÁLV

4 5 6,6 8 9,5 11 4 5 6 8 9,5 11 4 5 6 8 9 11

R 0,22 0,28 0,3 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

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6.7 Conceptos genéricos de las válvulas de expansión termostáticas 147

6.7 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 evapora-ción y condensación de la instalación.

� En apartados anteriores hemos comentado que el rendimiento de estasválvulas depende de la diferencia de estas presiones. Pero puede ocurrir queeste valor se vea modificado, por ejemplo, que la presión a la entrada dismi-nuya, 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 ala máquina (por el peso de la columna de líquido).

Dada la importancia de esto último, para mejor entendimiento realizaremos uncaso práctico.


Supongamos una instalación que trabaja con fluido refrigerante R-22, y el evaporador se en-cuentra 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 determi-

nada, entonces por transmisión, el líquido se calentará por encima de lo que correspondea su presión y formará gas. La alimentación de la válvula termostática será una mezcla delíquido 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 instalandoreguladores, como veremos en el capítulo 7.

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6.8 VÁLVULAS DE EXPANSIÓN DE FLOTADOREn el capítulo de los evaporadores hemos comentado que en los del tipo “inunda-do”, el fluido refrigerante se encuentra en estado líquido a la entrada y salida delos mismos. Estos evaporadores son alimentados mediante dispositivos deexpansión denominados “válvulas de flotador”.

El flotador se encarga de regular el nivel de líquido refrigerante, actuando so-bre 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 deexpansión más bajas), se podría realizar cambiando el tamaño del orificio.

Estas válvulas se clasifican en válvulas de alta o baja presión, según su posi-ción en la instalación, es decir en el lado de alta o de baja presión.

6.8.1 Válvula de baja presiónSu misión es mantener el nivel de líquido en el evaporador, bien sea directamentesobre el evaporador o por medio del separador de líquido, como se representa lafigura 6.17.

La válvula de flotador recibe el fluido en estado líquido del recipiente. Laexpansión 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.

Figura 6.17 Instalación de la válvula de baja presión.

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Cámara

Aspiración delcompresor

Del recipientede líquido

Separador del líquido

Evaporador

Válvuladel flotador

Orificiode expansión

6.8 Válvulas de expansión de flotador 149

� Como el separador de líquido es alimentado por la válvula, se encuentra enlas mismas condiciones por ello están perfectamente aislados.

� El evaporador es alimentado con fluido en estado líquido a la misma tempe-ratura que se expansionó; pero podría estar a una temperatura más baja si ellíquido sufriera otra expansión posterior.

� Al bajar el nivel de líquido en el separador, según sea por la demanda del eva-porador o bien por la aspiración del compresor, también baja en el recipientede la válvula y el flotador abre dando entrada al fluido refrigerante, hasta quealcanza el nivel de regulación y cierra.

La aspiración del compresor se realiza por la parte superior del separador, dondeel 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 líqui-do en el recipiente sube, el flotador abre la válvula y da paso de fluido expansio-nado al evaporador.

Por lo general se usan para alimentar evaporadores de carga constante, ya queal actuar en la alta presión, dan paso de fluido independientemente de la que real-mente necesite el evaporador.

Como en el caso anterior, al cambiar el orificio de la válvula se cambian lascondiciones de expansión del fluido.

Figura 6.18 Instalación de la válvula de alta presión.

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Del compresor

Condensador


Al evaporador


6.8.3 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.

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151

C A P I T U L O 7

Reguladores

Introducción

Son elementos que mejoran el funcionamiento de la instalación, adaptando éstaen cada momento a las necesidades reales.

Con objeto de ver su aplicación y funcionamiento, estudiaremos varios tiposde los reguladores más utilizados.

Como características comunes, diremos que cuando se tengan que montar enlas tuberías mediante soldadura, debemos evitar la acción de la llama en lasválvulas, para no dañarlas. Incluso es conveniente protegerlas envolviéndolas enun paño mojado.

Por lo general pueden montarse en cualquier posición, siempre que se respe-te el sentido de circulación del fluido indicado por el fabricante.

Es importante disponer de la documentación técnica de los fabricantes, yaque en la misma se indica la variación de presión, por ejemplo en bares, que co-rresponde a cada vuelta del tornillo de regulación, con lo cual se agiliza la ope-ración 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 lotanto, para mantener una temperatura constante en la superficie del evaporador.

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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 laajustada.

Abre cuando aumenta la presión a la entradadel regulador.

Para regularlo (Fig. 7.3) tiene una toma en laque se coloca un manómetro que nos indica lapresión a la entrada, es decir, la presión en el eva-porador.

Mediante el tornillo de regulación, variamos suajuste. De tal manera que si apretamos el tornillo latensión del resorte aumenta y necesitaremos máspresión en el evaporador para que pueda abrir la vál-vula. Si aflojamos se produce el efecto contrario.

Suele instalarse en sistemas con varios evapo-radores a distintas temperaturas. Por ejemplo enuna instalación de dos cámaras (+2 ºC y –20 ºC), laválvula se instalaría en la salida del evaporador detemperatura más alta (+2 ºC).

También se suele emplear en instalaciones deaire acondicionado.

Figura 7.2 Instalación del regulador de presión de evaporación.

Figura 7.1 Regulador de presión de evaporación.

Salida

Entrada

Conexión ext.


Regulador de presiónde evaporación

Figura 7.3 Ajuste del regula-dor de presión.

Toma

Tornillo de regulación

7.1 Regulador de presión de evaporación 153


La figura 7.4 es la de una instalación típica de dos cámaras que utilizan esta válvula. So-lamente 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 so-lamente tiene la válvula de corte (1) para incomunicar el evaporador, por ejemplo, encaso de avería en el mismo.

� La cámara (A) puede trabajar con dos temperaturas (+2 ºC y –20 ºC), según lo quequeramos mantener en ella. A la salida del evaporador también tiene una válvula decorte (2), para incomunicar el evaporador si fuera necesario.

Por lo tanto:

1. Si, por ejemplo, queremos mantener en la cámara A una temperatura de +2 ºC, esteevaporador 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 travésde la válvula de presión constante.

Figura 7.4 Instalación frigorífica con dos cámaras a distintas temperaturas.

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76 76

2 34

5

A B

1

Del recipiente de líquido Aspiración del compresor


2. En el caso de que se necesitara que la misma cámara A trabajara con una tem-peratura 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 pro-ducto a la temperatura de –20 ºC.

La cámara B (–20 ºC) siempre trabajaría en las mismas condiciones, independientementede 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 expansióntermostáticas con igualador externo, respectivamente.

7.2 REGULADOR DE PRESIÓN DE ASPIRACIÓN

Este regulador (Fig. 7.5) se monta en la tubería de as-piración, antes del compresor (Fig. 7.6). Protege almotor del compresor contra sobrecargas durante elarranque después de largos períodos de parada.

También lo protege contra los aumentos de pre-sión debidos a los ciclos de desescarche que conllevanaumentos de presión en el evaporador por aportaciónde calor para eliminar el hielo.

El regulador abre cuando disminuye la presión deaspiración. Es decir, funciona según la presión a la sa-lida del regulador.

La regulación se efectúa actuando sobre el tornillo de regulación.

Figura 7.6 Instalación del regulador de presión de aspiración.

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Figura 7.5 Regulador de presión de aspiración.

Entrada

Salida

Regulador

Tornillode regulación

Aspiración

Compresor

7.3 Regulador de presión de condensación 155

7.3 REGULADOR DE PRESIÓN DE CONDENSACIÓNEn el apartado de las válvulas de expansión termostáticas habíamos comentado que elrendimiento de las mismas era función de las diferencias entre las presiones de con-densación y evaporación. Cuanto mayor sea esta diferencia, mayor rendimiento tie-nen las válvulas.

En instalaciones que emplean condensado-res por aire, cuando la temperatura del aire am-biente disminuye, por ejemplo en invierno, lapresión de condensación también disminuye yel rendimiento baja. Para evitar este inconve-niente, se instalan estos reguladores (Fig. 7.7),ya que mantienen una presión de condensacióny de recipiente constantes. De otro modo ten-dríamos que sobredimensionar del orden de un30% la capacidad de la válvula de expansión.

En la instalación de la figura 7.8, al cerrar el regula-dor (2) con objeto de aumentar la presión de con-densación, la presión en el recipiente disminuye porla alimentación de los evaporadores, con lo cualabriría la válvula diferencial (1) (Fig. 7.9), y entraríaen el recipiente vapor recalentado a alta presión.

Figura 7.8 Instalación del regulador de presión de condensación.

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Figura 7.7 Regulador de presión de condensación.

Entrada

Salida

13

2


Compresor

Condensador

Figura 7.9 Válvula diferencial.


El regulador abre al aumentar la presión de entrada, que es la presión decondensación.

Tiene una toma para colocar el manómetro (3), para que podamos regular lapresión de condensación.

7.4 REGULADOR DE CAPACIDAD

Los reguladores de capacidad (Fig. 7.10) se utilizanpara mantener una carga uniforme en el compresor, in-dependientemente de la carga real del evaporador. Seinstalan entre la aspiración y la descarga, uniendo éstas(Fig. 7.11).

Impide que la presión de aspiración caiga por debajode los valores establecidos. Cuando esto ocurre, la válvu-la abre y el vapor de descarga entra en la aspiración delcompresor, elevan su presión y, por lo tanto, aumenta sucapacidad. Puesto que al caer la presión de aspiración, lacapacidad de refrigeración disminuye, abre al disminuirla presión de aspiración.

Su regulación se efectúa mediante el tornillo deregulación.

Figura 7.11 Instalación del regulador de capacidad.

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Figura 7.10 Reguladorde capacidad.

Salida

Reguladorde capacidad

Aspiración Descarga

Compresor

7.5 Válvulas para control de agua 157

7.5 VÁLVULAS PARA CONTROL DE AGUA Estas válvulas (Fig. 7.12) se emplean en instalaciones de re-frigeración con condensadores de agua, con objeto de con-trolar la cantidad de agua estrictamente necesaria paraefectuar la condensación.

Van instaladas en la tubería de entrada de agua al conden-sador (Fig. 7.13).

En instalaciones marinas no es habitual montar estasválvulas pero sí en plantas de refrigeración y equipos deaire acondicionado.

La regulación es modulante y se puede conseguir unapresión de condensación prácticamente constante.

El control de estas válvulas, puede ser por temperaturao por presión.

Las válvulas controladas por presión, tienen el elemen-to de detección conectado a la tubería de descarga del com-presor.

Las válvulas controladas por temperatura, tienen el bulbo termostático conec-tado a la tubería de salida de agua del condensador.

Cuando para la instalación, la válvula cierra el paso de agua al condensador.

Figura 7.13 Instalación de una válvula de agua controlada por presión.

Figura 7.12 Válvulade agua controlada

por presión.

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Salida de agua

Entrada de agua Condensador

Salidafluido

Entrada de fluido

159

C A P I T U L O 8

Manejo de las instalaciones

Introducción

En este capítulo comentaremos las características de algunos de los elementosmás utilizados, su interpretación, manejo y operaciones más comunes que se rea-lizan en las instalaciones. Conceptos prácticos que nos ayudarán en la manipu-lación de las instalaciones.

8.1 MANÓMETROS

Nos dan una información muy importante del funcionamiento de las instalacio-nes. Como sabemos, en todo circuito frigorífico hay que distinguir alta y baja pre-sión. 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 losvalores 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.

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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 flui-dos refrigerantes.

La disposición de las escalas puede variar, ya que la de presión puede ser la inte-rior y las de las temperaturas las exteriores. O bien la de presión es la exterior ylas de temperaturas las interiores.


Supongamos que el manómetro de la figura 8.1 está montado en una instalación en fun-cionamiento.

Según lo comentado anteriormente, se trata de un manómetro de baja presión porquela 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 latemperatura 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 tempe-ratura 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.

Figura 8.1 Lectura de un manómetro.

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–1

0

1

2

3

4

7

10 20

00

010

20

–40–30–20

–10–20

R-22R-404 a

R-134 aºC

bar10

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 pre-sión 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 lasinstalaciones.

8.2 ANALIZADOR

También conocido como puente de manómetros (Fig. 8.2 y8.3). Es uno de los útiles más empleados en refrigeración.Nos sirve para “comunicarnos” con el circuito, ya que al co-nectarlo 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 totalidadConsta de un cuerpo (analizador) que, por lo general, tiene:� Dos válvulas (una de color azul y la otra de color ro-

jo). La disposición de las válvulas puede ser frontal olateral

� Dos manómetros (de alta y baja presión)� Un juego de tres mangueras (azul, roja y amarilla)� Una mirilla en la parte central

Figura 8.3 Esquema del analizador.

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Figura 8.2 Analizador.

Mangueraazul

Mangueraamarilla

Mangueraroja

Válvula de bajapresión (color azul)

Válvula de altapresión (color rojo)

Manómetro de bajapresión (color azul)

Manómetro de altapresión (color rojo)


En el esquema se puede observar que al estar las dos válvulas abiertas, entoncesestán comunicadas la baja presión, la alta y la manguera amarilla (que estará co-nectada a la bomba de vacío o a la botella de refrigerante).

Manguera azulLa conectamos a un punto del circuito de baja presión, por ejemplo a la vál-vula de servicio de aspiración del compresor, y con la válvula del analizadorcerrada, el manómetro nos marca la presión de aspiración del compresor,puesto que al cerrar la válvula, impide que el fluido pase hacia las manguerasamarilla y roja.

Manguera roja La conectamos a un punto del circuito de alta presión, por ejemplo a la válvula deservicio de descarga (también a su toma exterior), y con la válvula del analizadorcerrada, el manómetro nos indica la presión de descarga, así como la temperaturade 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 metero 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 solaválvula en la parte superior (Fig. 8.4). Si se abre la válvula,estando la botella en posición normal, sale fluido en estadode gas. Si se le da la vuelta a la botella, entonces al abrir laválvula sale el fluido en estado líquido.

Las de grandes capacidades llevan dos válvulas en suparte superior, y en ellas está indicado si corresponde a gaso a líquido.

Todas las botellas en su parte exterior tienen timbradaslas capacidades (kg) que pueden almacenar, según el tipo defluido refrigerante. Este dato es importante, por ejemplo,para la carga de la misma o para casos de vaciado de insta-laciones.

No es conveniente almacenarlas en locales que estén so-metidos a altas temperaturas, ya que influiría sobre la pre-sión del fluido (aumentándola), ni que se vacíen del todo, ya que al igualarse conla presión atmosférica, entraría aire y en tal caso, antes de llenarla habría que ha-cerle vacío.

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Figura 8.4 Botellade refrigerante.

8.4 Dosificador 163

Comprobación del fluido refrigerante que contiene la botellaCuando se trabaja con distintos fluidos refrigerantes, puede ocurrir que se presen-te la duda del fluido que contiene cada botella. Para aclarar esa duda, se puede rea-lizar la siguiente operación:


En un mismo local, tenemos dos instalaciones que trabajan con fluidos refrigerantes dis-tintos: 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 fluidoque contiene.

Es decir, si la temperatura ambiente es de 20 ºC, el manómetro marca una presión de8,3 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 susti-tuye (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 vehícu-los principalmente).

Es un recipiente cilíndrico (Fig. 8.5) rodeado a su vez por otro cilindro deplástico transparente y giratorio, que tiene grabadas las escalas, en gramos, de dis-tintos fluidos, por ejemplo, de R-134 a/ 404 A/407C. Y un nivel que indica la can-tidad de fluido contenido.

Con el dosificador se puede meter la carga exacta en el circuito, ya que la es-cala 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 delcompresor).

� Para meter la carga en estado líquido, se conecta la manguera a la válvulainferior.

� El manómetro indica la presión del recipiente. Es recomendable recargarlocuando la presión sea ligeramente superior a la atmosférica y no dejar quese vacíe totalmente, pues habría que hacer vacío antes de recargarlo de flui-do refrigerante

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��

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En la parte superior está instalada la válvula de seguridad. Con objeto de facilitarla operación de carga, suelen disponer de una pequeña resistencia eléctrica queproduce 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 pasorecto; 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 instalacio-nes domésticas y comerciales, así como también en equi-pos autónomos de aire acondicionado.

8.5 BOMBA DE VACÍOEs otro elemento imprescindible en las instalaciones de refrigeración, tanto si setrata de nuevas instalaciones, para su puesta en marcha, como para la realizaciónde operaciones de mantenimiento. Su función consiste en eliminar el aire y la hu-medad, cuyo origen y consecuencias ya hemos estudiado en capítulos anteriores.

Pueden ser de simple o doble efecto. Es muy importante vigilarles el nivel delaceite, 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 equipoportátil, muy utilizado en las instalaciones de pequeñas capacidades, que se com-pone de una bomba de vacío, dosificador, analizador y mangueras.

Figura 8.5 Dosificador.

Medidorde nivel

gramosR-134a

50100150200

Válvulasuperior

Válvulade seguridad

Válvulainferior

Manómetro

Figura 8.6 Válvula obús.

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8.6 Válvulas de intervención 165

8.6 VÁLVULAS DE INTERVENCIÓN Cuando se trabaja en instalaciones de pequeña ca-pacidad, como instalaciones domésticas y comer-ciales, estos circuitos suelen ser en “serie”, esdecir que cada elemento va soldado al siguiente y,por lo general, no tienen válvulas ni accesoriospara realizar intervenciones en los mismos.

Estas válvulas (Fig. 8.9) son de gran utili-dad, ya que mediante su colocación (Fig. 8.10)se puede “acceder” al circuito, para realizaroperaciones tales como meter fluido refrige-rante, comprobar presiones, purgar, etc., sinnecesidad de cortar la tubería para instalar unaválvula u otro dispositivo.

Una vez instalada la válvula en el tramo de latubería que hayamos elegido, el proceso será elsiguiente:

1. Al cerrar la válvula, mediante una llave alleno con el mismo volante de la válvula, segúnel tipo, se hace un agujero (mediante la agujaperforadora) en la tubería.

2. Al estar cerrada la válvula, se conecta a la tomaexterior el analizador o la botella de carga.

Figura 8.7 Bomba de vacío. Figura 8.8 Equipo de carga y vacío.

Figura 8.9 Válvula de intervención.

Conexiónexterior

Aguja perforadora

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Figura 8.10 Montaje de la válvula de intervención.


3. A continuación se abre la válvula, y queda comunicado el interior del circuitocon 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 ros-cado (tapón de cierre).

5. Se abre la válvula y se deja en esa posición para que el circuito siga trabajandonormalmente. Una vez realizado el agujero, la válvula debe quedar instaladaen ese punto.

8.7 DETECTORES DE FUGAS

Las fugas pueden ser debidas a un error en el montaje, por ejemplo, una solda-dura mal realizada, o producirse durante el funcionamiento de la instalación. Eneste último caso, principalmente son por falta de mantenimiento adecuado, yaque, por ejemplo, la existencia de aire o de humedad favorecen los problemasde corrosión y, por lo tanto, el deterioro de ciertos elementos que sometidos alas presiones de trabajo provocan poros en tuberías, que dan lugar a fugas delfluido refrigerante.

Las fugas implican disminuciones de las presiones de trabajo, y en el visorveríamos pasar burbujas.

Antes de proceder a la carga de fluido, se deben localizar las fugas y solucio-narlas. 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 escuando 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 filamentode cobre, y en un extremo tiene un tubo de goma que loorientamos hacia los puntos que queramos comprobar(Fig. 8.11). En caso de encontrar una fuga de fluido refri-gerante, la llama de la botella que es de color azul cambiaal verde. La intensidad del color es función de la cantidadde fluido que detecte.

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Figura 8.11 Lámparahalógena.

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 ladetección de fugas muy pequeñas. Los diferentes ti-pos de aplicación dependen del fluido (HCFC, 134 a,NH3, etc.).

Las señales que emiten son acústicas y visuales.

c) Agua jabonosaEs el método clásico, más antiguo. Consiste en formar agua jabonosa en un pe-queño recipiente y a mano o con la ayuda de un pequeño pincel, se cubre el ele-mento 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 impreg-nados de azufre, que al ponerse en contacto con el amoníaco entra en combus-tión y arden. Las fugas de este fluido se detectan fácilmente por su fuerte oloracre.

También se emplean los detectores electrónicos, de gran sensibilidad y, porlo tanto, muy útiles para la localización de fugas muy pequeñas.

e) Introducción de cápsulas fluorescentes en el circuitoConsiste en la introducción en el circuito de un aditivo fluorescente de acuerdocon el fluido refrigerante de la instalación. A continuación se realiza un chequeode 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 deaspiración o de descarga. En la figura 8.13 se pueden ver dichas válvulas monta-das en un compresor.

Son válvulas de tres vías que comunican el interior del circuito con el exteriorpara poder realizar operaciones tales como comprobar presiones o meter carga re-frigerante.

Figura 8.12 Detectorelectrónico de fugas.

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Es muy importante conocer su manejo,pues de lo contrario podemos crear problemasen la instalación, tales como meter aire o perderfluido refrigerante. Para la manipulación de es-tas válvulas se utilizan llaves de chicharra (ca-rraca), como la mostrada en la figura 8.14.

8.8.1 Válvulas de servicio de aspiración

Tal como se aprecia en la figura 8.13, están montadas en el mismo compresor. Enla 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.

Figura 8.13 Compresor abierto, en el que destacan las dos válvulas de servicio.

Figura 8.14 Llave de carraca.

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� Y la tercera conexión (C), de tapón roscado, es para la comunicación con elexterior, a la que podemos acoplar, por ejemplo, un analizador para meter car-ga en estado de gas o un manómetro para comprobar la presión de aspiracióndel compresor.

8.8.1.1 Funcionamiento de la válvula1. Al abrir totalmente la válvula, el compresor y la tubería de baja presión (evapo-

rador) están comunicados; pero la toma exterior está incomunicada (cerrada).2. Al cerrar totalmente la válvula, el compresor y la tubería de baja presión (eva-

porador) están incomunicados; pero la toma exterior está comunicada con elcompresor.

3. Siempre que la válvula no esté ni cerrada ni abierta en su totalidad, estarán lastres conexiones comunicadas, es decir, el compresor, el evaporador y la tomaexterior estarán comunicados.

Ejemplo de aplicación Supongamos una instalación que está en funcionamiento y se quiere conectar el manóme-tro 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 abiertaen su totalidad. Para ello, se gira el vástago de la válvula a fondo (en sentido contrarioa las agujas del reloj).

2. Se saca el tapón de la toma exterior de la válvula, pues ésta está cerrada (incomuni-cada), y se conecta el manómetro.

3. Se cierra la válvula un poco (en sentido de las agujas del reloj) y el manómetro yamarcará la presión de aspiración. Evidentemente, el compresor no se parará, ya quesigue 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 elcapuchón del vástago.

Figura 8.15 Válvula de servicio de aspiración.

Capuchón de cierre del vástago de la válvula

Tuerca de cierre (tapón),de la toma exterior

JuntaConexión tubería de aspiración

A

BC

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Nota Al manipular las válvulas de servicio es muy importante que antes de ac-tuar 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 nuevamentea fondo el prensa.

Asimismo, la válvula de servicio de aspiración se emplea para realizar la carga dela instalación con fluido refrigerante en estado de gas. Como es una operación quedebe realizarse con mucha frecuencia, y dada su importancia, en el siguiente apar-tado se detallan los pasos a seguir.

Operación de carga de una instalación con fluido refrigerante en estado de gasLa carga se puede realizar conectando directamente la botella del refrigerante a laválvula 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 deaspiración sin apretar la conexión a fondo.

2. Se comprueba que la válvula roja del analizador esté cerrada. Se abre la vál-vula 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 quecontienen las mangueras, desde la botella hasta la conexión en la válvula deservicio). Cuando salga refrigerante, se aprieta a fondo la conexión en la tomaexterior de la válvula de servicio.

Figura 8.16 Carga de fluido refrigerante a través del analizador.

Descarga

Analizador

Botellarefrigerante

Aspiración

Válvula azulVálvula roja

Válvula de serviciode aspiración

R-22


5. Se abre despacio la válvula de servicio de aspiración. Ya se está realizando lacarga de fluido refrigerante.

6. Al cerrar la válvula azul del analizador, se interrumpe la entrada del fluido re-frigerante. La presión que marca el manómetro, es la presión de aspiración delcompresor, 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 man-gueras, 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 sepuede 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 manio-bra 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, yaunque vayan montadas (soldadas) a la línea de aspiración del compresor, su fun-cionamiento es distinto al de las anteriores.

Para una mejor comprensión de su manejo, determinaremos sus tres co-nexiones (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 eva-

porador y la llamaremos “vía del evaporador”.

Figura 8.17 Válvula de maniobra de tres vías.

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3

1

2

4


� 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 comu-nicadas. Por lo que si hemos conectado un manómetro a la toma exterior, in-dicará la temperatura y presión de aspiración.

� Si la válvula está totalmente cerrada, el compresor y el evaporador están in-comunicados entre sí, pero el evaporador está comunicado con el exterior (porejemplo, al manómetro que hayamos conectado).En esta posición de la válvula, se puede apreciar la diferencia con la válvulade servicio de aspiración, ya que si tenemos conectado el manómetro de as-piración, si la válvula está cerrada, el manómetro indicará la presión en elevaporador, pero el compresor podría entrar en vacío pues no sabríamos lapresión de aspiración.

� Si la toma exterior (3) no está en servicio, es conveniente colocarle el tapónde 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 elcaso anterior cabe distinguir (Fig. 8.18):� La entrada de la válvula (A), que es la descarga del compresor y que en ade-

lante 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.

Figura 8.18 Válvula de servicio de descarga.

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BA

C


8.8.1.3.1 Funcionamiento

1. Cuando la válvula está totalmente abierta, el compresor y el condensadorestán comunicados entre sí, pero la toma exterior está incomunicada(cerrada).

2. Cuando la válvula está totalmente cerrada, el compresor y el condensador es-tán 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 aber-tura o cierre, las tres conexiones estarán comunicadas.


Queremos comprobar la presión de descarga mediante la colocación de un manómetro enla 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 yabre (sentido contrario a las agujas del reloj) totalmente la válvula, con lo que la tomaexterior 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 conexio-nes 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 incomunica-da del circuito y se puede desconectar el manómetro.

b. Se coloca nuevamente el tapón de la toma exterior y a continuación se rosca elcapuchón 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 ros-cado así como también el capuchón del vástago de la válvula, para asegurarnosde 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 eva-porador) está cerrada; pero la toma exterior y el recipiente están comuni-cados, con lo que se puede meter o sacar fluido, comprobar presiones dealta, etc.

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��

��

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� Cuando la válvula está totalmenteabierta, el recipiente está comunicadocon el evaporador, pero la toma exteriorestá incomunicada, y se aprovecha paraconectar el analizador, el manómetro,etc. A continuación se cierra un poco laválvula y ya están las tres comunicadas,y, el manómetro, por ejemplo, ya indicala presión.

� Si se quiere sacar el manómetro, se abretotalmente la válvula y al quedar latoma exterior incomunicada se puedesacar el manómetro, quedando el reci-piente y el evaporador comunicados.

En este tipo de instalaciones con válvularotalock, es conveniente colocar una válvula de carga, ya que de lo contrario nospodemos encontrar en condiciones de no poder cargar la instalación por líquido,como veremos a continuación en un caso real.


Queremos cargar con líquido refrigerante, la instalación de la figura 8.21, que sólo re-presenta los elementos que intervienen directamente, y que funciona en las siguientescondiciones:

� Fluido refrigerante R-22



� Disponemos de una botella de carga de refrigerante, con una presión de 9 kg/cm2

Figura 8.20 Válvula rotalock.

Figura 8.19 Válvula rotalock montada en un recipiente de líquido.

Conexiónexterior

Conexión al recipiente de líquido

Salida de líquido del recipiente

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Como la presión de descarga, y por tanto en el recipiente de líquido, es de 12 kg/cm2, nopodemos meter carga en estado de líquido a través de la válvula rotalock, puesto que lapresión 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:

Figura 8.21 Toma exterior de la válvula rotalock, para la conexión de la bo-tella de carga.

Figura 8.22 Carga de refrigerante en estado líquido.

Condensador


Vástago

Toma exterior

Válvula rotalock

FiltroAl evaporador

Descarga delcompresor

Condensador


Válvula de cargaAl evaporador

Descarga delcompresor

Botella de cargaR-22

Válvularotalock


1. Conectamos la botella de carga de refrigerante a la válvula.

2. Cerramos la válvula rotalock.

3. El compresor al estar en funcionamiento, recoge el fluido en el recipiente de líquido.

4. La presión después de la válvula rotalock comienza a disminuir y podemos entoncesmeter carga líquida abriendo la válvula.

Dada la importancia que tiene esta operación, en el siguiente apartado se detallan los pa-sos a seguir.

Operación de carga de fluido refrigerante en estado líquidoEl 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, sefacilita 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 co-nexión 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 co-nexión de la manguera, se aprieta a fondo (se enrosca totalmente). Se hace así paraeliminar el aire de la manguera, es decir “purgarla”.

3. Hay que asegurarse de que la toma exterior de la válvula rotalock tiene el tapón decierre montado.

4. Se cierra la válvula rotalock. El compresor, al estar en funcionamiento, recoge el flui-do 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 disminu-ye; 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 enel recipiente si dispone de nivel. Si no lo tuviese, se comprobará que por el visor no sevean burbujas, es decir, que está totalmente lleno de líquido.

Nota En las instalaciones, la válvula de carga siempre estará antes del filtro de hu-medad. En los procesos de carga, en caso de duda, siempre es preferible que la ins-talación 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 reali-zado alguna reparación importante, hay que asegurarse de que no tenga fugas, es de-cir que el circuito esté perfectamente estanco (hermético). Para ello, hay que sometera la instalación a la prueba de la hermeticidad, que puede hacerse de dos maneras:

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8.9 Comprobación de la hermeticidad 177

8.9.1 Realización de la prueba de vacíoLa operación de vacío hay que realizarla en tres fases consecutivas, como se de-talla a continuación:

Supongamos que en la instalación de la figura 8.23 queremos realizar el vacíoal tramo de instalación comprendido entre la válvula de aspiración del compresory la válvula de salida del recipiente de líquido. 1. Se conecta la bomba de vacío, por medio del analizador, al tramo correspon-

diente del circuito. En el analizador, la válvula 1 estará abierta, y la válvula 2estará cerrada.

2. Se comprueba que todas las válvulas de ese tramo están abiertas.3. Se arranca la bomba de vacío4. 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 hastaalcanzar una presión ligeramente superior a la atmosférica. Ese punto alejado

Figura 8.23 Prueba de vacío.

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Bomba de vacío

Válvula 1 Válvula 2

Compresor Condensador

Filtro

Válvulade carga

Nitrógeno seco

Recipiente delíquido


podría ser la válvula para la carga de fluido en estado líquido, con lo que seromperá el vacío. A continuación, se cierra la válvula de la botella de nitróge-no 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 válvula1 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 atmosfé-rica. Entonces se hace vacío nuevamente y si se repite la lectura, quieredecir que existen fugas. Hay que detectarlas y solucionarlas.

b) O bien que la presión permanezca constante. Entonces se hará vacío hasta1 mm de Hg y si se mantiene en ese valor, ya se da por finalizada la opera-ción 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, princi-palmente, del volumen de la instalación, de la cantidad de agua en su interior ydel caudal de la bomba de vacío.

En caso de reparación en una instalación que ya está en funcionamiento, porejemplo la sustitución de un elemento, se debe hacer vacío a ese tramo porque te-nemos aire húmedo en su interior (con las consecuencias ya comentadas), pues esun 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 hu-medad.

� ¡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 an-teriores.

8.9.2 Prueba de presión

Consiste en sobrepresionar la instalación con nitrógeno seco, con el fluido refri-gerante o con ambos, y cuando se alcance una determinada presión se procederáa 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 hastaalcanzar una presión de 5 kg/cm2, aproximadamente. A continuación se revi-sa el circuito para comprobar si existe alguna fuga importante.

2. Se desconecta la botella. En su lugar se conectará la botella de nitrógeno se-co, provista de manoreductor, y se procede a la carga del mismo de maneraprogresiva.

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3. Se abre despacio la válvula de la botella y se introduce el nitrógeno hasta una pre-sión 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 defugas (lámpara, agua jabonosa, etc.) se procede a revisar el circuito. Cuanto ma-yor sea la presión, más fácilmente se detectarán las pequeñas fugas.

5. Se puede seccionar el circuito en varios tramos, por ejemplo, cerrando deter-minadas válvulas.

6. Se anota la presión y se deja el sistema en esas condiciones, no menos de 14horas. Si al cabo de ese tiempo no varía la presión, entonces el circuito estáestanco. 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 pre-sión 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 presostatospara ver si mantienen la regulación estipulada o bien, para verificar su activación.

Esto se puede hacer siguiendo los pasos de la siguiente aplicación.

Figura 8.24 Prueba de presión.

Válvula de carga

Botella de refrigeranteBotella de

nitrógeno seco

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Supongamos la instalación de la figura 8.25, que tiene un presostato combinado, al quequeremos 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 puedeaspirar el fluido existente en el circuito desde la válvula de salida, la presión de bajacaerá hasta alcanzar el valor de regulación en la escala del presostato de baja, con loque éste parará el compresor.

2. Cuando esto se produzca, se comprueba que la presión que marca el manómetro debaja, 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 dispo-sitivo de expansión y entra en el evaporador. Se produce un aumento de presión, queal alcanzar el valor de regulación del diferencial, pondrá en marcha el compresor. Me-diante el manómetro y la escala del diferencial, se comprobará la regulación.

b. Presostato de alta presión1. Se para la bomba de circulación de agua o el ventilador del condensador, según el ca-

so. La presión de alta, subirá hasta alcanzar el valor de regulación del presostato y ésteparará el compresor.

2. Al parar, se comprueba que la presión que marca el manómetro de alta, coincide conla de regulación en la escala del presostato.

Una vez realizadas las pruebas, se comprueba que las válvulas y demás elementos mani-pulados están en su posición normal de funcionamiento.

Figura 8.25 Comprobación de presostato combinado.

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PresostatoManómetro

de bajaManómetro de alta

Válvulade salida

Bomba de circulación

de agua

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8.11 CARGA DE ACEITEEsta operación se puede realizar de varias maneras, según las características delcompresor. Para ello se deben seguir las instrucciones de los fabricantes. Para elcaso 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 extremarlas precauciones para evitar la entrada de aire en el compresor.

� No es conveniente mezclar aceites, ni almacenarlos durante mucho tiempouna vez abiertos, ya que podría humedecerse y, por lo tanto, alterar sus pro-piedades. En la tabla 8.1, se dan las características de los tipos de aceite em-pleados para distintos tipos de refrigerantes.

� El aceite debe cambiarse con la frecuencia estipuladapor los fabricantes en sus instrucciones y, para ello, sedebe utilizar una bomba independiente, como la manualmostrada en la figura 8. 26, o bien una electrobomba. Ladescarga de ésta se conectará a la válvula de carga deaceite del compresor y la aspiración a una manguera queestará sumergida en el recipiente del aceite. Las dosmangueras deberán “purgarse”, pues hay que evitar laentrada de aire.

Mediante el visor se aprecia el nivel de aceite en el cárter.Aunque el fabricante indica el nivel exacto, por lo gene-

ral el nivel debe estar por la mitad del visor. Un nivel bajoes peligroso, pero un exceso también es perjudicial (ya quepodría dar lugar a contrapresiones).

En aquellos compresores que no tengan válvula de carga de aceite y no ten-gamos medios, se podrían utilizar las válvulas de servicio de aspiración. En estecaso, la operación se realizaría tal como se detalla en el siguiente ejemplo.


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 co-necta la manguera de llenado, a la válvula sin apretarla a fondo. Se abre la válvulamanual de la manguera para eliminar el aire y cuando sale aceite se aprieta a fondo laconexión a la válvula de servicio

3. Se pone en marcha el compresor, se cierra la válvula de servicio y el compresor iráaspirando el aceite del recipiente.

4. La cantidad de aceite que va entrando se comprueba en el visor de nivel, o en el reci-piente si se determinó previamente la cantidad que contenía.

5. El aceite irá retornado al cárter con ayuda del separador instalado en la descarga.

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Figura 8.26 Bombamanual.

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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 pro-cedimiento podría hacerse de la siguiente manera:

Figura 8.27 Carga de aceite a través de la válvula de servicio de aspiración.

Figura 8.28 Compresor con válvula de servicio de aceite.

Recipiente de aceite

Conexión alevaporador

Compresor

Manguerade llenado

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1


El elemento 1 corresponde a la válvula de servicio de aceite. Un capuchón alojael 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. Conlo cual se consigue también disminuir la presión de la bomba de carga de acei-te. Para ello tendremos que:

� Bajar la regulación del presostato de baja, pero vigilando que la presión nodescienda de 0,14 kg/cm2 aproximadamente, para evitar que entre en vacío.

� Cerrar la válvula de salida del recipiente de líquido, y cuando la presiónde 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 válvulade 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 co-nexión.

4. Comprobar el nivel de aceite a través del visor y cuando alcance el nivel fija-do por el fabricante, parar la bomba. Es muy importante no rebasar el nivelindicado.

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 elpresostato de baja, arrancar y comprobar el nivel.

Tabla 8.1 Compatibilidad y miscibilidad de lubricantes con refrigerantes.

Refrige-rante

Aceite mineral

Aceite Mineral+ Alquil-benceno

AceiteAlquil-benceno

AceiteÉster

R-12134 aDI-36401 a401 bR-502M-55 (404 a)M-4469-L (403 b)402 a402 bR-22M-95R-11123

CompatibleNo CompatibleCompatibleNo CompatibleNo CompatibleCompatibleNo CompatibleNo CompatibleCompatibleNo CompatibleNo CompatibleCompatibleNo CompatibleCompatibleCompatible

CompatibleNo CompatibleCompatibleCompatibleCompatibleCompatibleNo CompatibleCompatibleCompatibleCompatibleCompatibleCompatibleNo CompatibleCompatibleCompatible

CompatibleNo CompatibleCompatibleCompatibleCompatibleCompatibleNo CompatibleCompatibleCompatibleCompatibleCompatibleCompatibleNo CompatibleCompatibleCompatible

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8.12 CONTAMINACIÓN DE UN CIRCUITO POR ÁCIDOSTal como hemos comentado en el capítulo de los compresores, en las instalacio-nes que empleen compresores herméticos o semiherméticos, una de las averíasmás importantes que se puede producir es la contaminación del circuito por for-mación de ácidos.

Antes de la sustitución del compresor, hay que proceder a la descontamina-ción 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, porejemplo mangueras, no pueden utilizarse en las demás operaciones porquepodrían contaminar el circuito.

2. Se saca el compresor y demás elementos que puedan im-pedir la circulación del agente de limpieza, tales comoválvula de expansión, filtros, visor y demás válvulas. Encaso de que algún elemento se volviese a montar, habríaque desmontarlo y proceder a su limpieza con el mismoaceite que se vaya a cargar la instalación

3. En los tramos donde se sacaron los elementos, se colocantubos de plástico con abrazaderas para su fijación. Deesta manera queda unido todo el circuito.

4. Se coloca en el sitio del compresor la máquina de limpieza(también conocida como bomba de lavado (Fig. 8.29)).

5. Se hace circular el agente de limpieza, que puede ser HCFC123 ó 141 b, que son los que sustituyen al R-11, en sentidocontrario al del ciclo de funcionamiento.

6. En instalaciones de grandes capacidades, sería conveniente hacer la limpiezaindividualmente.

En la figura 8.30 se muestra un esquema de la preparación del circuito para su lavado.

Figura 8.30 Preparación del circuito para su lavado.

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Figura 8.29 Bombade lavado.

Bomba de lavado

Tubos de plástico con abrazaderas

Evaporador Condensador

185

C A P I T U L O 9

Mantenimiento de las instalaciones

Introducción

En los capítulos anteriores, al estudiar los distintos elementos que intervienenen las instalaciones, hemos comentado problemas que se presentan en los mis-mos, principalmente causados por la falta de una programación adecuada a sumantenimiento.

Por lo tanto, si partimos de la base de que mantener es conservar (de ahí queconservación y entretenimiento sean vocablos que se emplan con referencia a man-tenimiento), su aplicación es muy importante, no solamente para el correcto fun-cionamiento de las instalaciones, con gran repercusión en los costes económicos,sino también porque el estado de las instalaciones o elementos puede afectar a laintegridad de las personas que trabajen en ellas. De lo que se deduce que hay unarelación directa entre el funcionamiento de la instalación y los costes derivados delmismo, con lo cual el mantenimiento implica un control técnico y económico.

Si analizamos los costes como consecuencia de una avería que se pudo haberevitado mediante la aplicación de un plan de mantenimiento, por ejemplo la roturade 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 delmantenimiento.

186 Capítulo 9 Mantenimiento de las instalaciones

Consideremos, por ejemplo, no ya el compresor que es el “corazón” de lainstalación, sino el condensador. Si no se aplicara un mantenimiento preventivo,por ejemplo la limpieza de dicho elemento con una frecuencia determinada, el in-tercambio de calor disminuiría, la instalación trabajaría más tiempo (ciclos lar-gos), y aceleraría la aplicación del mantenimiento a los demás elementos, con locual aumentarían los consumos y, por tanto, los costes globales.

Cada vez están más extendidos los planes de mantenimiento, ya que es unamanera 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 nossirvan de orientación en la actividad profesional.

9.1 MANTENIMIENTO

“Es el conjunto de actividades técnicas y administrativas cuya finalidad es con-servar o restituir un elemento, equipo o instalación en las condiciones que permi-tan desarrollar su función”.

9.1.1 Objetivos del mantenimientoLos 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 mantenimientoEn el siguiente cuadro están comprendidos y relacionados entre sí los distintos ti-pos de mantenimientos.

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Mantenimiento

M. Planificado M. No Planificado

M. Preventivo

M. Programado M. PredictivoM. Correctivo

Segúnedad pieza

Según edad máquina

Inspeccionesperiódicas

Controlescontinuos

9.1 Mantenimiento 187

Mantenimiento planificadoEs un mantenimiento organizado y efectuado con previsión y control.

Mantenimiento no planificadoEs un mantenimiento efectuado sin un plan previo. Es el mantenimiento relacio-nado con las averías, es decir con los trabajos correctivos.

Mantenimiento preventivoEs el mantenimiento que se realiza a intervalos predeterminados u otros criteriosprescritos, con objeto de reducir las posibilidades de averías. Consiste en realizarciertas operaciones (p. ej. limpieza, cambios, verificaciones, reparaciones) conuna frecuencia de tiempo o de horas de funcionamiento u otros criterios.

Por ejemplo, supongamos un compresor helicoidal cuyo filtro de aceite puedecambiarse 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 produzcanlas averías.

Un ejemplo ilustrativo de esta modalidad, en otros ámbitos de la industria, esel cambio del aceite del motor de un vehículo cada 10 000 km, según las instruc-ciones establecidas por el fabricante.

Mantenimiento correctivo Es el que se realiza cuando la avería o anomalía ya se produjo, para dejar el ele-mento o equipo en las condiciones normales de utilización.

Puede ser planificado o no planificado. Es decir, que se ejecuta siguiendo unasupervisión y control, o bien se realiza sin ningún plan previo, por ejemplo, la roturade un elemento que provoca el paro del mismo (avería), es decir que sea “acciden-tal”. Las consecuencias son bien distintas, ya que si se trata de una anomalía (irre-gularidad), y está bajo control, se puede hacer un seguimiento para determinar elmomento adecuado de su reparación, comprobar si se dispone de materiales de re-puesto o evitar que tenga consecuencias en otros elementos de la instalación.

En cambio, si la avería se produce de manera “accidental”, las consecuenciaspueden ser mayores.

El mantenimiento correctivo tiene gran relación con el mantenimiento pre-ventivo, ya que cuanto mejor se aplique éste, menores serán las operaciones demantenimiento correctivo.

Mantenimiento predictivo Es una variante del mantenimiento preventivo y “predice” las averías antes de quese 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 soni-dos, tribología (análisis de lubricantes) o termografía, entre otros.


Mediante estos análisis, por ejemplo de vibraciones en un compresor, se pue-den detectar problemas de desalineaciones. O bien, por medio del análisis delaceite, además de comprobar el estado del mismo, se estudian las partículas quese puedan encontrar para determinar desgastes.

La aplicación de este mantenimiento no implica disponer de medios sofistica-dos, 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 programadoCualquier sistema de mantenimiento en el que se planifiquen y prioricen activi-dades y se establezcan los tiempos de acción. Es un mantenimiento preventivo.

Mantenimiento contratadoEs el realizado por personas ajenas a la empresa, según las especificaciones deésta y en condiciones de tiempo y precio previamente establecidas.

Cada vez está más extendida su aplicación, ya que entre sus ventajas, ademásde representar una descarga de trabajo para el propio personal, cabe citar que lorealizan 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 fun-cionamiento).

� Contratando el mantenimiento predictivo para trabajos que requieran especia-lización 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.


� Informe, con la frecuencia que se establezca, de mejoras o acciones a tomarde acuerdo con los trabajos realizados.

� Si por ejemplo se trata del mantenimiento preventivo de una instalación, sedebería contemplar en cualquier momento la inspección y vigilancia de lamisma, 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 trabajosse desarrollen bajo las condiciones establecidas en la contratación.

No obstante, su aplicación quedará supeditada a criterios económicos, téc-nicos, 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 pre-ventivo que debemos destacar:

� Para aplicar el mantenimiento predictivo no es necesario parar el equipo o ins-talación, ya que la toma de los parámetros se puede realizar con la instalaciónen funcionamiento.

� Cuando se detecta una avería, mediante el mantenimiento predictivo, al estarbajo control, se puede programar su parada para realizar las operaciones per-tinentes. Ello permite disponer del material de repuesto y otros medios, conla antelación suficiente.

Lo que implica tener menos material de repuesto.

� En cambio, para aplicar el mantenimiento preventivo, puede ser necesaria ono 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 transmi-sión del motor-compresor.

� Un “inconveniente”, por decirlo de alguna manera, del mantenimiento pre-ventivo es que a veces nos encontramos con que las piezas o elementos quedebemos sustituir están en buen estado. Pero con el cambio, se garantiza queel equipo seguirá funcionando en perfectas condiciones, y se evitan accionescorrectivas.

9.1.4 Ejemplo de aplicación del mantenimiento preventivo

¿Cuál es el mejor mantenimiento o el más adecuado? Esto solamente se puede de-terminar después de un estudio técnico-económico de cada instalación. Ya quecada instalación tiene sus propias características.

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No existen reglas fijas respecto a lo que debe hacerse en cada uno de los equi-pos ni de la frecuencia para garantizar su funcionamiento, ya que intervienen fac-tores 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 imprescindiblesPero para decidir el mantenimiento a aplicar, sería conveniente revisar el histo-rial para analizar las averías producidas y los resultados de las revisiones que serealizaron.

No obstante, con las instrucciones de los fabricantes de los equipos y el per-sonal técnico de la instalación, se determina la frecuencia (semanal, mensual, se-mestral, anual, trienal, etc.) de las operaciones a realizar (comprobaciones ysustituciones principalmente): cambios de aceite, filtros, comprobaciones de aco-plamientos, correas de transmisión, válvulas de seguridad, limpieza de condensa-dores, aparellaje eléctrico, comprobación de presostatos y termostatos,comprobación de manómetros y termómetros, engrases, detección de fugas, des-montaje de compresores para su revisión, etc.

9.1.4.1 Plan de mantenimiento

Como consecuencia de lo comentado anteriormente, a modo de ejemplo, realiza-remos un plan de mantenimiento preventivo aplicado a una instalación de refrige-ración (tabla 9.1).

Deben reflejarse las operaciones a realizar a cada elemento (en este caso setrata 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

Cambio de aceite x

Limpieza filtro de aceite x

Sustitución del filtro de aceite x

Limpieza filtro aspiración x

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Tabla 9.1 Continuación

Operación Semanal Mensual Semestral Anual Trienal

Limpieza exterior x

Engrase del motor x

Comprobación de tensado de correas

x

Sustitución de las correas x

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

Comprobación estado de bancada y amortiguadores

x

Comprobación control capacidad

x

Desmontaje y revisión general

x

Condensador

Limpieza exterior x

Limpieza interior x

Comprobación de fugas x

Comprobación acoplamiento motor-bomba y estanqueidad

x

Filtro deshidratador

Sustitución x


Una vez determinadas las operaciones a realizar y su frecuencia, ¿cómo se ejecu-tan y controlan para evaluar su eficacia? Para ello se dispone de las “Órdenes detrabajo” (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 decontrol.

Las órdenes de trabajo (OT) vienen a ser la base de datos para comprobar laeficiencia del mantenimiento que se aplica. Es una manera de controlar el rendi-miento de la instalación.

Tampoco existe un modelo patrón a seguir para su elaboración, por ello cadaOT se elaborará de acuerdo con las características de la instalación con objeto deobtener 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 enlos mantenimientos planificados y no planificados.

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9.1.4.3 RepuestosLos materiales de mantenimiento (piezas de repuesto, aceites, etc.), representanuna parte muy importante del presupuesto de mantenimiento de la instalación, porlo que deben gestionarse de manera eficaz. Estos materiales están relacionadosmuy directamente con el tipo de mantenimiento que se aplique. No es cuestión detener muchos repuestos sino de organización.

Es imposible fijar una relación de los repuestos necesarios, ya que son mu-chos los factores que intervienen. Una vez analizadas las necesidades de la insta-lación, se determinan los repuestos, los cuales están condicionados por diversosfactores 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 responsablede la instalación determinara:

ORDEN DE TRABAJO Nº

Solicitada por Fecha de realización Tiempo estimado

Referencia de la máquina Plano de referencia Nº operarios

Operación a realizar

Planificación del trabajo

Materiales empleados

Observaciones

Firma Total horas Total materiales

Figura 9.1 Orden de trabajo.

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a. Puntos prioritariosAquellos elementos que, en caso de avería, puedan provocar el paro de la instala-ción. Por ejemplo, si se quema el motor eléctrico de la bomba de circulación deagua (agente condensante), se para la instalación. Por lo tanto, se debería disponerde un motor eléctrico en el almacén de repuestos.

b. Puntos secundariosAquellos elementos de la instalación que si se averían no provocan el paro de lamisma aunque no se disponga de sus repuestos en el almacén. Por ejemplo, si serompe la polea del compresor no sería necesario tener otra de repuesto, si se pu-diera trabajar con otro compresor, o bien, que mediante válvulas se pudiera co-nectar 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 ylos que no tienen movimientos de salida. Ya que los materiales obsoletos repre-sentan, como mínimo, un 20%. Muchas veces se confunde el concepto de mate-rial de repuesto, con el de “material de seguridad” (“por si falla algo”), con loscostes que este último representa.

Un exceso de repuestos, además de encarecer el presupuesto del manteni-miento, representa un capital inmovilizado.

9.2 ESTADILLOS

Independientemente de los planes de mantenimiento, es muy importante disponerde un estadillo para el seguimiento diario de la instalación. Consiste en la tomadiaria de datos de los parámetros más característicos de la instalación. Una veztomados esos datos, se analizan para comprobar el funcionamiento de cada ele-mento y del conjunto de la instalación.

La tabla 9.2 nos da una orientación de los datos que se deberían tomar diariamen-te, para su aplicación de acuerdo con las características propias de cada instalación.

Es una manera de controlar diariamente la instalación, de interpretar su funciona-miento 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 ob-servado 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

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9.2 Estadillos 195

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 XTemperatura 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:


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 ºCTemperatura 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 casoanterior.

4. Se comprueba la diferencia entre los valores que se toman de las temperaturasde evaporación y de aspiración, para determinar si el recalentamiento estádentro de los márgenes permitidos.

5. Se comprueba la diferencia entre los valores que se toman de la temperatura decondensación y la del líquido medida a la entrada de la válvula de expansión ter-mostática. Esta diferencia nos da el valor del subenfriamiento.

6. Con los valores tomados de las presiones de aspiración y descarga se controlala relación de compresión.Es decir, tal como hemos comentado al principio de este apartado, es una ma-

nera de realizar el mantenimiento predictivo. En caso de detectarse alguna ano-malía, se resolvería mediante la orden de trabajo correspondiente.

Como conclusión de lo comentado en este capítulo, diremos que en una ins-talación se pueden realizar los mantenimientos preventivos, predictivos, correcti-vos y contratados, ya que son complementarios entre sí.

El mantenimiento junto con el diseño, operación y montaje, son las variablesque afectan al funcionamiento de las instalaciones.

197

C A P I T U L O 1 0

Fluidos refrigerantes

Introducción

Tras la firma del protocolo de Montreal (1987), se acordó suspender el empleode los gases clorofluorocarbonados (CFC), con alto contenido en cloro, así comoque a partir del año 2030 se parara la producción de los gases hidroclorofluoro-carbonados (HCFC).

Los gases CFC, dada su gran estabilidad química, permanecen durante mu-cho tiempo en la atmósfera, lo que repercute desfavorablemente en el equilibrioozono-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 decloro. En este grupo se encuentra el R-22, que se está utilizando como fluidotransitorio de los CFC.

De hecho, el R-22, y una serie de productos puros y mezclas ternarias conbase del R-22 sirven para la fabricación de los alternativos a los CFC, así comopara mantener los equipos actuales.

Esta evolución de los fluidos refrigerantes conduce a los fluidos hidrofluoro-carbonados (HFC), sin cloro y con átomos de hidrógeno, sin potencial destructordel ozono (O.D.P.), y muy bajo efecto invernadero. Por ejemplo el HFC R-134 atiene 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 atmós-fera y una décima parte del efecto de calentamiento de CFC 12.

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), oen vías de homologación1:

Tabla 10.1 Mezclas alternativas al R-12

Refrigerante 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

Tabla 10.2 Mezclas alternativas al R-502

Componentes Refrigerante Composición%

Punto deebullición

COP1

%

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 derefrigeración que enfrían agua", principalmente, y en menor medida otros fluidos.

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10.2 Gases refrigerantes definitivos 199

10.2 GASES REFRIGERANTES DEFINITIVOSSon gases HFC. La carga de estas mezclas debe realizarse en fase líquida, a noser que se dosifique la carga exacta.

10.3 CODIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS REFRIGERANTESSegún el “Reglamento de seguridad para plantas e instalaciones frigoríficas”, losfluidos refrigerantes frigorígenos (aquellos que aprovechan el cambio de estadopara la producción de frío), se denominarán por su fórmula química y no será su-ficiente su denominación comercial.

Tabla 10.4 Aplicaciones

Refrigerante Alternativo Aplicaciones

DI-36 R-12 Todas las aplicaciones del R-12

401 a R-12 R-500 Frío doméstico y comercial

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

Tabla 10.5 Productos puros HFC definitivos

Gas Sustituto Aplicación

R-134 a R-12 Todas

R-23 R-13 R-503 Muy bajas temperaturas

Tabla 10.6 Productos puros HFC definitivos

Gas Sustituto Casi azeotrópico

Azeotrópico Aplicaciones

M-55 (404 a) R-502 + Todas

M-95 R-22 + Todas

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Pero memorizar las fórmulas no es nada fácil. Para solventar este problema seoptó por una denominación más asequible, es decir, más práctica. Por lo que seestableció un código para cada fluido refrigerante, de tal manera que se codificamediante 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 lamolécula.

� Las decenas indican la cantidad de átomos de HIDRÓGENO, más 1.

� Las centenas indican el número de átomos de CARBONO, menos 1 (en elcaso de la serie de metano, como esta cifra es igual a cero no se menciona ensu nomenclatura).

� Los átomos de CLORO no se consideran.


Nombre químico: MonoclorodifluormetanoFórmula química: CHClF2

Aplicando el criterio anteriormente comentado, tenemos:Unidades (que indican la cantidad de átomos de FLÚOR): 2Decenas (que indican la cantidad de átomos de HIDRÓGENO más 1): 2Centenas (número de átomos de CARBONO menos 1): 0Los 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.


Nombre químico: BromotrifluormetanoFórmula química: CBrF3

Unidades: 3Decenas: 0 + 1 = 1Centenas: 1 – 1 = 0

Por lo tanto, la denominación será: R-13B1En 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.


Nombre químico: EtilenoFórmula química: CH2 = CH2

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10.3 Codificación de los fluidos refrigerantes 201

Unidades: 0Decenas: 5Centenas: 1

La denominación será: R-1150

En los compuestos isómeros (los que tienen la misma fórmula molecular pero di-fieren en la disposición de los átomos de sus moléculas y, como consecuencia, ensus propiedades físicas), el más simétrico, en pesos atómicos, se indica sin letraalguna a continuación de los números. Cuanto menor sea la simetría, entonces secolocan las letras: a, b, c, etc.

10.3.1 Mezclas azeotrópicas

Son los resultantes de mezclar dos sustancias de la misma naturaleza química conla condición de que no reaccionen entre sí, tanto en el momento de la mezclacomo a largo plazo, y de tal manera que las características del producto resultantedependen de las características de los elementos que la constituyen.

Tienen una numeración que se sitúa en la serie 500 (R-502, R-503, etc.). Seexpresan por las denominaciones de sus componentes, así como por el porcentajeen peso de los mismos.


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 siguientemanera:

Las unidades y las decenas se representan por los pesos moleculares corres-pondientes.

El número de la centena siempre será 7.Para su mejor entendimiento, realizaremos dos ejemplos de aplicación.


Nombre químico: AmoníacoFórmula química: NH3Peso molecular del nitrógeno (N): 14Peso molecular del hidrógeno (H): 1, (1 × 3 = 3)

Por lo tanto el fluido se denominará: R- 717

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Nombre químico: Anhídrido sulfurosoFórmula química: SO2Peso molecular del azufre (S): 32Peso molecular del oxígeno (O): 16, (16 × 2 = 32)

Por lo tanto el fluido se denominará: R-764

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203

C A P I T U L O 1 1

Averías y soluciones

Introducción

En los capítulos anteriores, al estudiar las características de funcionamiento delos elementos más importantes que intervienen en los sistemas de refrigeración,también hemos comentado sus problemas más frecuentes, el modo de detectarlosy 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 solu-ciones, que nos pueden servir de orientación.

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204 Capítulo 11 Averías y soluciones

11.1.1 Aumento excesivo de la presión de descarga

Nota Si el aumento origina una presión demasiado elevada, habría que compro-bar si ésta llegó hasta el valor a que está regulado el presostato de alta, por si ésteestuviera fuera del ajuste o no debidamente conectado.

11.1.2 Presión de descarga muy baja

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

Tabla 11.2

Causa Remedio


Cantidad de fluido refrigerante escasa.

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

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

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

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11.1 Averías más comunes 205

11.1.3 Presión de aspiración muy alta

11.1.4 Presión de aspiración muy baja

Nota Si la presión de aspiración bajase demasiado, habría que comprobar si llegóhasta el valor a que está regulado el presostato de baja presión, por si éste no estu-viera ajustado correctamente o bien por si no estuviera debidamente conectado.

Tabla 11.3

Causa Remedio


Válvula o válvulas de aspiración del compresor defectuosas

Válvula de expansión termostática demasiado abierta

Capacidad del compresor muy pequeña

Válvula interna de seguridad del compresor que no está totalmente cerrada

Demasiada carga térmica

Comprobar

Comprobar, reparar y/o cambiar

Comprobar y/o ajustar

Comprobar con datos de cálculo y características de funcionamientoComprobar regulador de capacidadComprobar y ajustar

Reducir carga

Tabla 11.4

Causa Remedio


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

��

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206 Capítulo 11 Averías y soluciones

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

Tabla 11.5

Causa Remedio


Filtro de la bomba de aceite sucio

Presostato diferencial de aceite no está debidamente ajustado

Comprobar

Limpiar o sustituir

Comprobar y ajustar

Tabla 11.6

Causa Remedio


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

Comprobar separador

Rellenar de aceite hasta el nivel normal

Comprobar, reparar y/o cambiar los cojinetes

Comprobar y ajustar

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

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207

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

Presiónkg/cm2

Densidadlíquidokg/m3

V. específico vaporm3/kg

Entalpíaorig. –40°C

Entropíaorig. –40°C

LíquidoCal/kg

VaporCal/kg

LíquidoCal/(kg × °K)

VaporCal/(kg × °K)

–70 0,20919 1490,6 0,9409 –7,628 52,217 –0,0349 0,2597

–69 0,22316 1488,2 0,8883 –7,378 52,337 –0,0337 0,2589

–68 0,23713 1485,8 0,8357 –7,128 52,457 –0,0325 0,2581

–67 0,25279 1483,3 0,7901 –6,876 52,578 –0,0312 0,2573

–66 0,26894 1480,8 0,7465 –6,624 52,700 –0,0300 0,2564

–65 0,28509 1478,3 0,7029 –6,372 52,822 –0,0288 0,2556

–64 0,30362 1475,8 0,6668 –6,122 52,942 –0,0276 0,2548

–63 0,32214 1473,3 0,6306 –5,872 53,062 –0,0264 0,2541

–62 0,34096 1470,7 0,5954 –5,622 53,182 –0,0252 0,2533

–61 0,36088 1468,1 0,5639 –5,372 53,302 –0,0241 0,2525

–60 0,38176 1465,5 0,5344 –5,117 53,422 –0,0229 0,2518

–59 0,40454 1462,9 0,5070 –4,862 53,542 –0,0217 0,2511

–58 0,42845 1460,3 0,4811 –4,611 53,662 –0,0206 0,2504

–57 0,45348 1457,7 0,4569 –4,357 53,782 –0,0194 0,2496

–56 0,47963 1455,2 0,4341 –4,106 53,902 –0,0182 0,2490

–55 0,50585 1452,5 0,4127 –3,853 54,022 –0,0171 0,2483

–54 0,53320 1449,7 0,3925 –3,598 54,142 –0,0159 0,2476

–53 0,56294 1447,0 0,3734 –3,344 54,262 –0,0147 0,2470

–52 0,59423 1444,5 0,3555 –3,093 54,382 –0,0136 0,2464

208 Apéndice

–51 0,62664 1441,8 0,3386 –2,838 54,502 –0,0125 0,2457

–50 0,66018 1439,1 0,3225 –2,583 54,622 –0,0113 0,2451

–49 0,69498 1436,4 0,3076 –2,323 54,742 –0,0101 0,2445

–48 0,73091 1433,6 0,2934 –2,063 54,862 –0,0090 0,2439

–47 0,76845 1430,9 0,2800 –1,803 54,982 –0,0079 0,2433

–46 0,80768 1428,1 0,2673 –1,547 55,102 –0,0067 0,2427

–45 0,84860 1425,3 0,2553 –1,289 55,222 –0,0056 0,2422

–44 0,89121 1422,4 0,2440 –1,029 55,342 –0,0045 0,2416

–43 0,93529 1419,6 0,2334 –0,769 55,462 –0,0033 0,2410

–42 0,98064 1416,9 0,2233 –0,510 55,581 –0,0022 0,2405

–41 1,02767 1414,1 0,2137 –0,255 55,696 –0,0011 0,2399

–40 1,07640 1411,2 0,2047 0,000 55,811 0,0000 0,2394

–39 1,12765 1408,3 0,1961 0,265 55,931 0,0012 0,2390

–38 1,18115 1405,5 0,1879 0,526 56,047 0,0023 0,2384

–37 1,23641 1402,6 0,1801 0,789 56,166 0,0033 0,2379

–36 1,29378 1399,6 0,1726 1,051 56,282 0,0045 0,2374

–35 1,35305 1396,7 0,1655 1,311 56,397 0,0056 0,2370

–34 1,41429 1393,8 0,1588 1,573 56,512 0,0067 0,2365

–33 1,47757 1390,9 0,1524 1,840 56,629 0,0078 0,2360

–32 1,54267 1388,0 0,1464 2,109 56,748 0,0089 0,2355

–31 1,60995 1384,9 0,1406 2,374 56,863 0,0100 0,2351

–30 1,67893 1381,9 0,1352 2,639 56,978 0,0111 0,2346

–29 1,75043 1378,9 0,1300 2,904 57,093 0,0122 0,2342

–28 1,82418 1375,9 0,1251 3,173 57,208 0,0133 0,2337

–27 1,90018 1372,8 0,1205 3,459 57,323 0,0143 0,2333

–26 1,97843 1369,8 0,1160 3,722 57,438 0,0154 0,2328

–25 2,05929 1366,7 0,1117 3,981 57,550 0,0165 0,2324

–24 2,14295 1363,5 0,1076 4,246 57,660 0,0175 0,2319

–23 2,22943 1360,4 0,1037 4,511 57,770 0,0186 0,2315

–22 2,31872 1357,3 0,0999 4,776 57,880 0,0196 0,2311

–21 2,41082 1354,2 0,0963 5,041 57,990 0,0206 0,2307

–20 2,50574 1351,0 0,0929 5,306 58,100 0,0217 0,2302

–19 2,60381 1347,8 0,0896 5,576 58,210 0,0227 0,2298

–18 2,70471 1344,7 0,0864 5,846 58,320 0,0238 0,2294

–17 2,80792 1341,5 0,0834 6,116 58,430 0,0248 0,2290

–16 2,91464 1338,2 0,0805 6,382 58,537 0,0258 0,2287

–15 3,02495 1335,0 0,0778 6,647 58,642 0,0268 0,2283

–14 3,13864 1331,8 0,0751 6,912 58,747 0,0278 0,2278

–13 3,25570 1328,6 0,0725 7,177 58,852 0,0288 0,2275

–12 3,37614 1325,3 0,0700 7,442 58,957 0,0298 0,2271

–11 3,49995 1320,1 0,0677 7,708 59,062 0,0308 0,2268


Temp.°C

Presiónkg/cm2





LíquidoCal/kg

VaporCal/kg



Apéndice 209

–10 3,62713 1318,6 0,0654 7,978 59,167 0,0319 0,2264

–9 3,75812 1315,3 0,0632 8,248 59,272 0,0329 0,2260

–8 3,89247 1312,0 0,0611 8,518 59,377 0,0339 0,2258

–7 4,03020 1308,7 0,0591 8,788 59,482 0,0349 0,2254

–6 4,17131 1305,3 0,0572 9,058 59,583 0,0359 0,2251

–5 4,31614 1301,9 0,0554 9,328 59,683 0,0370 0,2248

–4 4,46491 1298,5 0,0536 9,600 59,783 0,0377 0,2244

–3 4,61762 1295,1 0,0519 9,877 59,883 0,0385 0,2241

–2 4,77426 1291,8 0,0502 10,158 59,983 0,0400 0,2238

–1 4,93484 1288,3 0,0486 10,443 60,083 0,0410 0,2235

0 5,09936 1284,8 0,0471 10,733 60,183 0,0421 0,2232

1 5,26894 1281,4 0,0456 11,023 60,278 0,0432 0,2228

2 5,44302 1277,9 0,0442 11,318 60,373 0,0443 0,2226

3 5,62160 1274,5 0,0428 11,617 60,468 0,0453 0,2223

4 5,80426 1271,0 0,0415 11,920 60,563 0,0464 0,2220

5 5,99050 1267,5 0,0403 12,219 60,656 0,0475 0,2217

6 6,18068 1263,9 0,0390 12,519 60746 00486 02213

7 6,37557 1260,4 0,0379 12,822 60,836 0,0497 0,2210

8 6,57539 1256,8 0,0367 13,123 60,924 0,0507 0,2207

9 6,77970 1253,2 0,0356 13,429 61,010 0,0517 0,2205

10 6,98851 1249,8 0,0346 13,739 61,100 0,0528 0,2201

11 7,20365 1246,2 0,0335 14,043 61,180 0,0539 0,2198

12 7,41879 1242,4 0,0326 14,348 61,260 0,0550 0,2195

13 7,64377 1238,8 0,0316 14,662 61,344 0,0560 0,2192

14 7,87579 1235,2 0,0307 14,980 61,426 0,0571 0,2189

15 8,10991 1231,5 0,0298 15,292 61,503 0,0582 0,2187

16 8,34684 1227,8 0,0289 15,601 61,578 0,0593 0,2183

17 8,58940 1224,2 0,0281 15,916 61,653 0,0604 0,2180

18 8,83758 1220,4 0,0273 16,231 61,727 0,0614 0,2177

19 9,09139 1216,7 0,0265 16,546 61,796 0,0625 0,2175

20 9,35083 1212,9 0,0258 16,861 61,861 0,0636 0,2172

21 9,61659 1209,2 0,0251 17,181 61,931 0,0647 0,2168

22 9,88797 1205,4 0,0243 17,510 62,001 0,0658 0,2166

23 10,16498 1201,7 0,0237 17,832 62,063 0,0669 0,2163

24 10,44762 1197,9 0,0230 18,156 62,127 0,0680 0,2160

25 10,73587 1194,1 0,0224 18,486 62,192 0,0690 0,2157

26 11,02976 1190,3 0,0217 18,819 62,254 0,0701 0,2153

27 11,32926 1186,5 0,0211 19,147 62,313 0,0712 0,2150

28 11,63440 1182,8 0,0206 19,476 62,369 0,0722 0,2147

29 11,94586 1179,0 0,0200 19,816 62,428 0,0733 0,2144

30 12,26857 1175,1 0,0194 20,156 62,483 0,0744 0,2140


Temp.°C

Presiónkg/cm2





LíquidoCal/kg

VaporCal/kg



210 Apéndice

31 12,59128 1171,2 0,0189 20,486 62,533 0,0755 0,2137

32 12,91961 1167,2 0,0184 20,820 62,583 0,0766 0,2134

33 13,25357 1163,2 0,0179 21,155 62,629 0,0776 0,2131

34 13,59737 1159,0 0,0174 21,497 62,674 0,0787 0,2128

35 13,94890 1154,9 0,0169 21,839 62,717 0,0798 0,2124

36 14,30325 1150,6 0,0165 22,177 62,754 0,0808 0,2121

37 14,66182 1146,3 0,0160 22,510 62,788 0,0819 0,2118

38 15,03023 1142,0 0,0156 22,841 62,818 0,0829 0,2114

39 15,40496 1137,6 0,0152 23,176 62,847 0,0840 0,2111

40 15,79095 1133,1 0,0148 23,511 62,867 0,0851 0,2107

41 16,17693 1128,5 0,0144 23,841 62,887 0,0861 0,2104

42 16,57417 1124,1 0,0140 24,180 62,907 0,0872 0,2101

43 16,97773 1119,4 0,0137 24,524 62,931 0,0882 0,2097

44 17,38692 1114,6 0,0133 24,869 62,956 0,0893 0,2094

45 17,80524 1109,8 0,0129 25,217 62,978 0,0904 0,2091

46 18,23201 1105,0 0,0126 25,567 62,998 0,0914 0,2087

47 18,66439 1100,1 0,0123 25,917 63,018 0,0925 0,2084

48 19,10241 1095,2 0,0120 26,268 63,040 0,0935 0,2080

49 19,54604 1090,3 0,0117 26,625 63,069 0,0946 0,2078

50 19,99531 1085,3 0,0114 27,000 63,094 0,0959 0,2076

51 20,45722 1080,2 0,0111 27,400 63,114 0,0972 0,2073

52 20,92476 1075,2 0,0108 27,800 63,134 0,0983 0,2071

53 21,39301 1070,1 0,0105 28,122 63,154 0,0994 0,2068

54 21,86547 1065,1 0,0103 28,456 63,168 0,1004 0,2065aTabla obtenida por transformación de unidades inglesas a métricas e interpolación, a partir de la tabla de E. I. du Pont deNemours 8 Company, 1945.


Temp.°C

Presiónkg/cm2





LíquidoCal/kg

VaporCal/kg



Apéndice 211

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)

–103,30a 0,00039 1591,10,02817

71,454334,94

0,41261,9639

–102 0,00045 1587,60,03231

72,994335,69

0,42161,9565

–100 0,00056 1582,30,03969

75,362336,85

0,43541,9455

–98 0,00069 1577,10,04849

77,731338,01

0,44901,9350

–96 0,00085 1571,80,05890

80,101339,19

0,46241,9250

–94 0,00104 1566,40,07117

82,474340,37

0,47571,9153

–92 0,00126 1561,10,08556

84,848341,56

0,48891,9061

–90 0,00152 1555,80,10236

87,225342,75

0,50201,8972

–88 0,00183 1550,50,12186

89,605343,96

0,51491,8887

–86 0,00220 1545,10,14443

91,988345,16

0,52771,8805

–84 0,00262 1539,70,17042

94,375346,38

0,54041,8727

–82 0,00311 1534,40,20023

96,766347,60

0,55291,8652

–80 0,00367 1529,00,23429

99,160348,82

0,56541,8580

–78 0,00432 1523,60,27307

101,55350,05

0,57781,8511

–76 0,00507 1518,20,31705

103,96351,29

0,59001,8445

–74 0,00592 1512,70,36677

106,36352,52

0,60211,8382

–72 0,00688 1507,30,42278

108,78353,77

0,61421,8321

–70 0,00798 1501,80,48568

111,19355,02

0,62611,8264

–68 0,00922 1496,40,55610

113,62356,27

0,63801,8208

–66 0,01062 1490,90,63470

116,04357,52

0,64981,8155

–64 0,01219 1485,40,72218

118,48358,78

0,66151,8104

–62 0,01394 1479,80,81927

120,92360,04

0,67311,8056

–60 0,01591 1474,30,92676

123,36361,31

0,68461,8009

–58 0,01809 1468,71,0454

125,81362,57

0,69601,7965

–56 0,02052 1463,11,1761

128,26363,84

0,70741,7922

tº C-------

psMPa-----------

ρkg/m3-------------- h

kJ/kg------------- s

kJ/ kg K( )------------------------

212 Apéndice

–54 0,02321 1457,51,3198

130,73365,11

0,71861,7881

–52 0,02618 1451,91,4773

133,19366,38

0,72981,7842

–50 0,02945 1446,31,6496

135,67367,65

0,74ÍO1,7805

–48 0,03305 1440,61,8377

138,15368,92

0,75201,7770

–46 0,03700 1434,92,0426

140,64370,19

0,76301,7736

–44 0,04133 1429,22,2655

143,13371,46

0,77391,7703

–42 0,04606 1423,42,5074

145,63372,73

0,78481,7672

–40 0,05121 1417,72,7695

148,14374

0,79561,7643

–38 0,05682 1411,93,0529

150,65375,27

0,80631,7615

–36 0,06291 1406,03,3590

153,18376,53

0,81701,7588

–34 0,06951 1400,23,6889

155,71377,79

0,82761,7562

–32 0,07666 1394,34,0441

158,24379,06

0,83811,7538

–30 0,08438 1388,44,4258

160,79380,31

0,84861,7514

–28 0,09270 1382,44,8356

163,34381,57

0,85901,7492

–26,08b 0,10133 1376,65,2566

165,80382,77

0,86901,7472

–26 0,10167 1376,45,2748

165,90382,82

0,86941,7471

–24 0,11130 1370,45,7449

168,47384,07

0,87971,7450

–22 0,12165 1364,36,2476

171,05385,31

0,89001,7431

–20 0,13273 1358,26,7845

173,63386,55

0,90021,7413

–18 0,14460 1352,17,3571

176,22387,78

0,91041,7395

–16 0,15728 1345,97,9673

178,83389,01

0,92051,7379

–14 0,17082 1339,78,6167

181,44390,23

0,93061,7363

–12 0,18524 1333,49,3074

184,06391,45

0,94061,7347

–10 0,20060 1327,110,041

186,69392,66

0,95061,7333

–8 0,21693 1320,710,819

189,33393,86

0,96061,7319

–6 0,23428 1314,311,645

191,98395,06

0,97051,7306

–4 0,25268 1307,812,521

194,64396,25

0,98031,7294


tº C-------

psMPa-----------

ρkg/m3-------------- h

kJ/kg------------- s

kJ/ kg K( )------------------------

Apéndice 213

–2 0,27217 1301,313,447

197,31397,43

0,99021,7282

0 0,29280 1294,714,428

199,99398,60

1,00001,7270

2 0,31462 1288,115,464

202,69399,76

1,00971,7260

4 0,33766 1281,416,560

205,39400,91

1,01941,7249

6 0,36198 1274,617,717

208,11402,06

1,02911,7239

8 0,38761 1267,818,937

210,83403,19

1,03881,7230

10 0,41461 1260,920,225

213,57404,31

1,04841,7221

12 0,44301 1253,921,583

216,32405,42

1,05801,7212

14 0,47288 1246,923,014

219,09406,52

1,06761,7204

16 0,50425 1239,824,521

221,87407,61

1,07721,7195

18 0,53718 1232,626,109

224,66408,68

1,08671,7188

20 0,57171 1225,327,780

227,46409,74

1,09621,7180

22 0,60789 1217,929,538

230,28410,79

1,10571,7173

24 0,64578 1210,431,389

233,12411,82

1,11511,7165

26 0,68543 1202,933,335

235,97412,83

1,12461,7158

28 0,72688 1195,235,382

238,83413,83

1,13401,7151

30 0,77020 1187,437,535

241,72414,81

1,14351,7144

32 0,81543 1179,539,799

244,62415,78

1,15291,7138

34 0,86263 1171,542,179

247,54416,72

1,16231,7131

36 0,91185 1163,444,683

250,47417,64

1,17171,7124

38 0,96315 1155,147,315

253,43418,54

1,18101,7117

40 1,0165 1146,750,085

256,40419,42

1,19041,7110

42 1,0722 1138,152,998

259,40420,28

1,19981,7103

44 1,1301 1129,456,064

262,42421,11

1,20921,7096

46 1,1903 1120,559,291

265,46421,91

1,21861,7088

48 1,2528 1111,562,690

268,53422,69

1,22801,7080

50 1,3179 1102,366,271

271,62423,43

1,23741,7072


tº C-------

psMPa-----------

ρkg/m3-------------- h

kJ/kg------------- s

kJ/ kg K( )------------------------

214 Apéndice

52 1,3854 1092,870,047

274,74424,14

1,24681,7063

54 1,4554 1083,274,030

277,88424,82

1,25631,7054

56 1,5282 1073,378,235

281,06425,46

1,26571,7045

58 1,6036 1063,282,678

284,26426,07

1,27521,7035

60 1,6817 1052,887,379

287,50426,62

1,28481,7024

62 1,7628 1042,292,357

290,77427,14

1,29431,7012

64 1,8467 1031,297,637

294,09427,60

1,30401,7000

66 1,9336 1019,9103,24

297,44428,01

1,31361,6986

68 2,0236 1008,2109,21

300,83428,36

1,32331,6972

70 2,1168 996,24115,57

304,28428,64

1,33311,6956

72 2,2132 983,75122,36

307,77428,86

1,34301,6938

74 2,3129 970,77129,65

311,32428,99

1,35301,6919

76 2,4161 957,25137,48

314,94429,04

1,36301,6898

78 2,5228 943,10145,92

318,62428,98

1,37321,6875

80 2,6332 928,24155,07

322,39428,81

1,38361,6849

82 2,7473 912,56165,04

326,24428,51

1,39411,6821

84 2,8653 895,91175,97

330,20428,05

1,40491,6789

86 2,9873 878,09188,04

334,28427,41

1,41591,6752

88 3,1135 858,86201,52

338,51426,55

1,42721,6710

90 3,2441 837,82216,76

342,92425,41

1,43901,6661

92 3,3793 814,43234,31

347,58423,91

1,45131,6604

94 3,5193 787,75255,08

352,57421,92

1,46451,6534

96 3,6644 756,08280,73

358,07419,18

1,47891,6444

98 3,8152 715,50315,13

364,47415,13

1,49561,6321

100 3,9723 651,17373,01

373,29407,68

1,51871,6109

101,06° 4,0592 511,94511,94

389,63389,63

1,56201,5620

a: punto triple.b: punto de ebullición normalc: punto triple


tº C-------

psMPa-----------

ρkg/m3-------------- h

kJ/kg------------- s

kJ/ kg K( )------------------------

Apéndice 215

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 Volumen

específicoEntalpía

específicaEntropía

específica

°C MPa dm3/kg kJ/kg kJ/(kg K)

Ebullición Rocío Líquido Vapor Líquido Vapor Líquido Vapor

–51,38 –50,57 0,080 0,7560 227,817 133,459 336,589 0,7324 1,6472

–50,17 –49,36 0,085 0,7581 215,208 134,945 337,323 0,7391 1,6455

–49,01 –48,21 0,090 0,7601 203,953 136,367 338,023 0,7454 1,6440

–47,90 –47,11 0,095 0,7620 193,844 137,731 338,692 0,7515 1,6426

–46,84 –46,05 0,10 0,7639 184,712 139,042 339,332 0,7573 1,6412

–42,96 –42,20 0,12 0,7709 155,557 143,845 341,657 0,7783 1,6366

–39,56 –38,82 0,14 0,7773 134,480 148,087 343,682 0,7965 1,6329

–36,52 –35,80 0,16 0,7831 118,507 151,905 345,479 0,8127 1,6298

–33,76 –33,05 0,18 0,7885 105,971 155,391 347,098 0,8272 1,6272

–31,23 –30,54 0,20 0,7936 95,860 158,606 348,573 0,8405 1,6249

–28,89 –28,21 0,22 0,7984 87,526 161,599 349,928 0,8528 1,6230

–26,71 –26,04 0,24 0,8030 80,535 164,403 351,182 0,8641 1,6213

–24,66 –24,00 0,26 0,8074 74,584 167,046 352,350 0,8748 1,6197

–22,73 –22,08 0,28 0,8116 69,453 169,549 353,442 0,8847 1,6183

–20,90 –20,26 0,30 0,8157 64,983 171,929 354,470 0,8941 1,6171

–19,17 –18,54 0,32 0,8196 61,053 174,202 355,439 0,9030 1,6159

–17,51 –16,89 0,34 0,8234 57,569 176,377 356,356 0,9115 1,6149

–15,93 –15,31 0,36 0,8271 54,458 178,467 357,226 0,9196 1,6139

–14,41 –13,80 0,38 0,8308 51,663 180,477 358,054 0,9273 1,6130

–12,95 –12,35 0,40 0,8343 49,138 182,417 358,844 0,9347 1,6122

–11,55 –10,96 0,42 0,8378 46,845 184,291 359,599 0,9419 1,6114

–10,20 –9,61 0,44 0,8412 44,753 186,106 360,322 0,9487 1,6107

–8,89 –8,31 0,46 0,8445 42,836 187,866 361,015 0,9553 1,6100

–7,62 –7,05 0,48 0,8478 41,074 189,575 361,680 0,9617 1,6093

–6,39 –5,83 0,50 0,8510 39,447 191,238 362,320 0,9679 1,6087

–5,20 –4,64 0,52 0,8542 37,940 192,856 362,936 0,9739 1,6081

–4,05 –3,49 0,54 0,8574 36,542 194,434 363,529 0,9797 1,6075

–2,92 –2,37 0,56 0,8604 35,239 195,973 364,102 0,9854 1,6070

–1,83 –1,28 0,58 0,8635 34,023 197,477 364,655 0,9908 1,6065

–0,76 –0,22 0,60 0,8665 32,885 198,947 365,190 0,9962 1,6060

0,28 0,82 0,62 0,8695 31,818 200,386 365,707 1,0014 1,6055

1,29 1,83 0,64 0,8725 30,815 201,794 366,207 1,0065 1,6051

2,29 2,81 0,66 0,8754 29,870 203,175 366,692 1,0114 1,6046

3,26 3,78 0,68 0,8783 28,979 204,528 367,162 1,0163 1,6042

4,20 4,72 0,70 0,8812 28,137 205,857 367,618 1,0210 1,6038

5,13 5,65 0,72 0,8840 27,340 207,161 368,060 1,0256 1,6034

6,04 6,55 0,74 0,8869 26,585 208,443 368,489 1,0302 1,6030

6,93 7,44 0,76 0,8897 25,867 209,702 368,906 1,0346 1,6026

216 Apéndice

7,81 8,31 0,78 0,8925 25,185 210,941 369,311 1,0390 1,6022

8,66 9,16 0,80 0,8953 24,536 212,160 369,705 1,0432 1,6019

9,50 10,00 0,82 0,8980 23,917 213,360 370,088 1,0474 1,6015

10,33 10,82 0,84 0,9008 23,327 214,542 370,460 1,0515 1,6011

11,14 11,63 0,86 0,9035 22,762 215,707 370,823 1,0556 1,6008

11,94 12,42 0,88 0,9062 22,223 216,855 371,175 1,0595 1,6005

12,72 13,20 0,90 0,9090 21,706 217,987 371,518 1,0634 1,6001

13,49 13,97 0,92 0,9117 21,211 219,104 371,852 1,0673 1,5998

14,25 14,73 0,94 0,9144 20,736 220,206 372,178 1,0711 1,5995

15,00 15,47 0,96 0,9170 20,281 221,294 372,495 1,0748 1,5991

15,74 16,20 0,98 0,9197 19,843 222,368 372,803 1,0784 1,5988

16,46 16,92 1,00 0,9224 19,421 223,429 373,104 1,0820 1,5985

18,22 18,68 1,05 0,9291 18,436 226,027 373,823 1,0908 1,5977

19,93 20,37 1,10 0,9357 17,536 228,553 374,496 1,0993 1,5969

21,57 22,01 1,15 0,9423 16,711 231,012 375,128 1,1075 1,5962

23,17 23,60 1,20 0,9489 15,951 233,411 375,720 1,1155 1,5954

24,71 25,13 1,25 0,9555 15,250 235,752 376,274 1,1232 1,5947

26,21 26,63 1,30 0,9621 14,600 238,042 376,793 1,1307 1,5939

27,66 28,07 1,35 0,9688 13,996 240,283 377,278 1,1380 1,5931

29,08 29,48 1,40 0,9754 13,433 242,478 377,731 1,1451 1,5924

30,46 30,86 1,45 0,9821 12,906 244,632 378,153 1,1521 1,5916

31,80 32,19 1,50 0,9889 12,413 246,747 378,546 1,1589 1,5908

33,12 33,50 1,55 0,9956 11,950 248,825 378,909 1,1655 1,5900

34,39 34,77 1,60 1,0025 11,514 250,869 379,244 1,1720 1,5892

35,64 36,02 1,65 1,0094 11,103 252,881 379,553 1,1784 1,5884

36,87 37,23 1,70 1,0163 10,715 254,862 379,834 1,1846 1,5875

38,06 38,42 1,75 1,0234 10,347 256,816 380,090 1,1907 1,5866

39,23 39,58 1,80 1,0305 9,998 258,744 380,320 1,1967 1,5857

40,38 40,72 1,85 1,0377 9,667 260,647 380,526 1,2027 1,5848

41,50 41,84 1,90 1,0450 9,351 262,527 380,706 1,2085 1,5839

42,60 42,93 1,95 1,0524 9,051 264,386 380,862 1,2142 1,5829

43,67 44,01 2,00 1,0599 8,764 266,225 380,994 1,2199 1,5819

44,73 45,06 2,05 1,0676 8,490 268,045 381,101 1,2254 1,5809

45,77 46,09 2,10 1,0753 8,228 269,848 381,183 1,2309 1,5799

46,79 47,10 2,15 1,0832 7,977 271,635 381,242 1,2363 1,5788

47,79 48,10 2,20 1,0913 7,736 273,407 381,276 1,2417 1,5777

48,78 49,08 2,25 1,0996 7,504 275,165 381,284 1,2470 1,5765

49,74 50,04 2,30 1,1080 7,281 276,912 381,268 1,2523 1,5753

50,70 50,99 2,35 1,1166 7,066 278,647 381,226 1,2575 1,5741

51,63 51,92 2,40 1,1254 6,859 280,373 381,158 1,2626 1,5728

52,55 52,83 2,45 1,1344 6,659 282,090 381,064 1,2677 1,5715




específica



Apéndice 217

53,46 53,73 2,50 1,1437 6,466 283,800 380,942 1,2728 1,5701

54,35 54,62 2,55 1,1532 6,278 285,504 380,791 1,2778 1,5687

55,23 55,49 2,60 1,1631 6,097 287,204 380,611 1,2828 1,5672

56,09 56,35 2,65 1,1732 5,921 288,900 380,401 1,2878 1,5656

56,94 57,20 2,70 1,1837 5,750 290,595 380,158 1,2928 1,5640

57,78 58,03 2,75 1,1945 5,583 292,290 379,882 1,2977 1,5623

58,61 58,85 2,80 1,2058 5,421 293,987 379,571 1,3026 1,5605

59,43 59,66 2,85 1,2175 5,262 295,689 379,222 1,3076 1,5587

60,23 60,46 2,90 1,2297 5,108 297,396 378,832 1,3125 1,5567

Propiedades calculadas utilizando la referencia McLinden M. O., Klein S. A., Lemon E. W. y Peskin A– P., 1998, NISTStandard Reference Database 23, NIST thermodynamic and transport properties of refrigerants and refrigerant mixtures RE-FPROP, 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) .




específica



219

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

221

Agradecimientos

Sería muy difícil reflejar en este apartado todas las empresas o personas que consus opiniones me ayudaron a elaborar este libro. No obstante quiero mostrar miagradecimiento a las empresas, que con su documentación técnica y gráficos, meayudaron 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 yAsuntos Marítimos de la Xunta de Galicia por su colaboración en la publicación.

223

Índice alfabético

Aaceite

carga a través de la válvula de servicio de aspiración 182

carga de 181influencia en los evaporadores 125línea de retorno 12

ácidos, contaminación de un circuito 184acid-test 53acumulador de aspiración 17acumulador de líquido 12agente desecante, eficacia 16agua jabonosa, detección de fugas 167aire acondicionado

evaporadores de expansión indirecta 110por sistema indirecto 111

analizador 161carga de fluido refrigerante a través del 170esquema del 161manguera amarilla 162manguera azul 162manguera roja 162

aros de compresión 35aros de engrase 35aspiración (cilindro) 39averías y soluciones 203

aumento excesivo de la presión de descarga 204

carga y descarga intermitente del compresor 206

presión de aceite muy alta 206presión de aceite muy baja 206presión de aspiración muy alta 205presión de aspiración muy baja 205presión de descarga muy baja 204

Bbiela 35bloque (compresor) 34bomba de circulación del agua 93bomba de engranajes 43bomba de lavado 184bomba de vacío 164, 165bomba manual 181boquilla distribuidora 143

en una instalación de evaporador 144bornes, identificación de los 49botellas de refrigerante 162

comprobación del fluido 163bulbo

carga del 139colocación del 137, 138

224 Índice alfabético

Ccabeza de biela 35caída de presión 93, 142calor disipado en el condensador 78calor latente 78calor sensible 78camisa (cilindro) 34capacidad corregida 115capacidad del condensador 68, 78, 97capacidad del evaporador 103

en función de Δt 125capacidad nominal 115cápsulas fluorescentes, detección de

fugas 167carga de aceite 181

a través de la válvula de servicio de aspiración 182

carrera (cilindro) 38carrera ascendente 40carrera descendente 40cárter 34

resistencia calefactora 11caudal de refrigerante 67central enfriadora de agua 110chavetero 36ciclo de desescarche 123ciclo estándar de refrigeración 22

comparación con el ciclo práctico 26diagrama p-h 24

ciclo práctico 26comparación con el ciclo estándar de

refrigeración 26ciclo real 27

diagrama p-h 27cilindro (compresor) 34

aspiración 39carrera 38compresión 39descarga 39espacio neutro 39punto muerto alto o superior 38punto muerto bajo o inferior 38volumen desplazado por el pistón 39volumen total 39

circuitocontaminación con ácidos 184lavado del 184preparación para su lavado 184

circuitos de arranque 50

codificación de fluidos refrigerantes 199compresión (cilindro) 39compresor 2, 33

biela 35bloque 34carga y descarga intermitente 206cárter 34cilindro 34circuito de lubricación 42con resistencia eléctrica en el cárter 11con válvula de servicio de aceite 182control de presión diferencial de aceite 9culata 37determinación de la temperatura de

descarga 63eje cigüeñal 36eje de excéntrica 36elementos 34émbolo 35funcionamiento 40funcionamiento en régimen húmedo 74funcionamiento en régimen seco 74

diagrama p-h 75lubricación 41

bomba de engranajes 43pistón 35potencia 68potencia efectiva 68relación de compresión 43rendimiento volumétrico 43terminología 38tipos más empleados en la refrigeración 33valores fundamentales 43válvulas de aspiración y descarga 37válvulas de seguridad internas 38volumen desplazado 44

compresores abiertos 54, 55características de funcionamiento 56de dos etapas 58

funcionamiento 58de tornillo 62válvulas de servicio 168

compresores alternativos 34abiertos 54, 55

despiece 44, 45plato de válvulas 37

terminología de un cilindro 38compresores de doble etapa 56

aplicados a un compresor abierto 58aplicados a un compresor semihermético 57

Índice alfabético 225

compresores de husillo 61compresores de tornillo 61

circuito de aceite 63compresores de transmisión

por acoplamiento directo 55por poleas 54

compresores helicoidales 61importancia del aceite 62rotor primario 61rotor secundario 61semihermético 70

disposición de los controles de capacidad 70

valores de la relación de compresión 63compresores herméticos 46

características 48, 50características del funcionamiento 47circuitos de arranque 50componentes eléctricos 51conceptos eléctricos fundamentales 48condensador de marcha 51contaminación del circuito por ácidos 52dispositivo de protección 51dispositivos de seguridad 48identificación de los bornes 49medición de la resistencia del 49sistema de arranque RSIR 50vista superior 47

compresores rotativos 60de excéntrica 60de paletas 60

compresores semiherméticos 52alternativos de dos etapas 56con aspiración lado del motor 52contaminación del circuito por ácidos 52de doble etapa 56, 57de tornillo 62filtro de aspiración 53

compuestos isómeros 201compuestos no saturados 200condensación, diagrama p-h 78condensador de marcha 51condensadores 2, 77

cálculo de la capacidad 97calor disipado 78capacidad 68, 78consecuencia de una elevada presión de

condensación 102de doble tubo 79

conexionado 79

determinación del caudal de agua 101factor del refrigerante 100funcionamiento 77importancia y efectos del

subenfriamiento 95obtención del factor de calor de

comprensión 100por agua 79selección 99tipos de 79

condensadores de aire forzado 85condensadores evaporativos 87, 88

capacidades 90factor "K" de corrección 90instalación 88mantenimiento 89selección 89y torres de refrigeración, diferencias en el

montaje 95condensadores mixtos 87condensadores multitubulares 80

eliminación de incondensables 83horizontales 80importancia de un correcto

mantenimiento 83incondensables 82parámetros de funcionamiento 81

condensadores por aire 84de tubo con aletas 85de tubo liso 84mantenimiento 87parámetros de funcionamiento 86

condensador-recipiente 81COP 123cortacapilares 129culata 37

refrigerada por agua 37refrigerada por aire 37

Dderivados cíclicos 200descarga (cilindro) 39desescarche 117

ciclo normal del evaporador 123conexión eléctrica de las resistencias 118de instalación con dos

evaporadores 121, 122por agua 117, 118por gas caliente 120por inversión del ciclo 123, 124


por resistencias eléctricas 118, 119tipos de 117

detectores de fuga 166diagrama de Mollier 21

estudio del 21diagrama p-h

cálculo de la capacidad de un condensador 98, 99

ciclo real 27de un refrigerante 22estudio de la condensación 78estudio del subenfriamiento 95funcionamiento de compresores en

régimen seco y húmedo 75representación del ciclo estándar 24representación del ciclo para calcular la

potencia frigorífica 66variación de la presión de aspiración 71variación de la presión de condensación 72zonas características 22

dispositivos de expansión 2, 127boquilla distribuidora 143recalentamiento 132

alto 135bajo 134

tubos capilares 128válvulas de expansión de flotador 148válvulas de expansión termostática 129

con igualador externo de presión 139con MOP 144

dosificador 163, 164manejo del 163

Eeje cigüeñal 36eje de excéntrica 36electroválvula 7émbolo 35enfriador de líquido multitubular 112enfriadores de líquido 112engranaje conducido 43engranaje conductor 43equipo de carga y vacío 165espacio neutro 39estadillos 194evaporadores 2, 103

capacidad 103capacidad en función de Δt 125capacidad nominal 115clasificación 104

de expansión directa 108de expansión indirecta 109de tubo con aletas 107de tubo liso 106desescarche 117determinación de la capacidad 113disposición de tubos al tresbolillo 108efectos de la presión de aspiración 124evolución del fluido refrigerante 132expansión indirecta en instalaciones de aire

acondicionado 110factor de corrección 115fan-coil 110influencia del aceite 125instalación con boquilla distribuidora 144por circulación forzada 107por circulación natural 107salto térmico 113según el estado del fluido refrigerante 104según su construcción 106selección 115sistemas de expansión directa 108sistemas de expansión indirecta 108tipos de desescarche 117ventajas de la expansión indirecta 110

evaporadores inundados 104instalación con 105

evaporadores secos 106evaporadores semiinundados 105expansión directa 108expansión indirecta 109

en instalaciones de aire acondicionado 110ventajas 110

expansión, dispositivo de 2 2

Ffactor "K" de corrección 90factor de calor de compresión 100factor de corrección 115factor del refrigerante 100fan-coil 110, 111

mantenimiento 112filtro de aspiración 53filtro de humedad 15filtro reversible 16filtro, para válvulas de expansión termostática 142fluido refrigerante 3

carga a través del analizador 170carga en estado líquido 175, 176evolución del 132


fluidos refrigerantes 197codificación de los 199compatibilidad y miscibilidad con

lubricantes 183compuestos isómeros 201compuestos no saturados 200derivados cíclicos 200gases refrigerantes alternativos al R-12

y el R-502 198gases refrigerantes definitivos 199mezclas azeotrópicas 201

fluidos refrigerantes inorgánicos 201frigorífero 110frigorígeno 110fugas

agua jabonosa 167cápsulas fluorescentes 167detector electrónico de 167detectores 166listoncitos de madera impregnados de

azufre 167funcionamiento de la instalación

funciones principales 2

Ggalgas de capilares 129gases refrigerantes alternativos al R-12

y el R-502 198gases refrigerantes definitivos 199

Hhermeticidad, comprobación 176

Iigualador externo, montaje 142incondensables 82

elementos que intervienen en su eliminación 83

eliminación 83instalaciones frigoríficas

analizador 161averías más comunes 203averías y soluciones 203bomba de vacío 164botellas de refrigerante 162carga de aceite 181carga de fluido refrigerante en estado gas 170carga de fluido refrigerante en estado

líquido 176comprobación de la hermeticidad 176

comprobación de la regulación de los presostatos 179

comprobación del contenido de botellas de refrigerante 163

con dos cámaras a distintas temperaturas 153contaminación de un circuito por ácidos 184detectores de fuga 166dosificador 163estadillos 194lavado del circuito 184manejo 159manómetros 159objetivo del mantenimiento 186órdenes de trabajo 192plan de mantenimiento 190prueba de vacío 178realización de la prueba de vacío 177repuestos 193tipos de mantenimiento 186válvula de intervención 165válvula de servicio de descarga 172válvula rotalock 173válvulas de servicio 167válvulas de servicio de aspiración 168

intercambiador de calor 18instalación 18

inyección parcial 58inyección total 58

Kklixon 48

Llámpara halógena 166lavado del circuito 184línea de retorno de aceite 12listoncitos de madera impregnados de azufre,

detección de fugas 167llave de carraca 168lubricación (compresor) 41

bomba de engranajes 43circuito de 42

lubricantes, compatibilidad y miscibilidad con 183

Mmanómetros 159

distinción por sus colores 159escalas 160


lectura de 160principales características 159

mantenimientoobjetivo 186órdenes de trabajo 192plan de 190tipos de 186

mantenimiento contratado 188mantenimiento correctivo 187mantenimiento no planificado 187mantenimiento planificado 187mantenimiento predictivo 187

diferencias con el mantenimiento preventivo 189

mantenimiento preventivo 187diferencias con el mantenimiento

predictivo 189ejemplo de aplicación 189

mantenimiento programado 188mezclas azeotrópicas 201Mollier, véase Diagrama de MollierMOP 144

Oórdenes de trabajo 192

Ppie de biela 35pistón 35potencia del compresor 68potencia efectiva 39

del compresor 68potencia frigorífica 65

con subenfriamiento 96efecto de las variaciones de presión 71regulación 69representación del ciclo mediante el

diagrama p-h para el cálculo 66sin subenfriamiento 96sistemas de regulación 69

potencia frigorífica bruta 67potencia frigorífica neta 66potencia indicada 39presión

efecto sobre la potencia frigorífica 71prueba de 179prueba de la 178

presión de aceite muy alta 206presión de aceite muy baja 206presión de aspiración

efectos sobre el evaporador 124variación en el diagrama p-h 71

presión de aspiración muy alta 205presión de aspiración muy baja 205presión de condensación 102

variación en el diagrama p-h 72presión de descarga

aumento excesivo 204presión de descarga muy baja 204presostato combinado 5, 6

comprobación 180conexionado al circuito 6

presostato diferencial de aceite 8, 9presostatos 5

comprobación de la regulación de los 179presostatos de alta presión 5presostatos de baja presión 5prueba de presión 178, 179prueba de vacío

realización de la 177puente de manómetros 161punto muerto alto 38punto muerto bajo 38punto muerto inferior 38punto muerto superior 38

Rrecalentamiento 132

determinación práctica 136evolución del fluido refrigerante 132

recalentamiento alto 135ejemplo 137síntoma externo 135

recalentamiento bajo 134ejemplo 136

recipiente de líquido 12horizontal 13vertical 14

refrigeración, ciclo estándar 22refrigerante, diagrama p-h 22régimen húmedo 74régimen seco 75regulador de capacidad 156

instalación del 156regulador de presión de aspiración 154

instalación del 154regulador de presión de condensación 155

instalación del 155regulador de presión de evaporación 151

características 152


instalación del 152regulación 152

reguladores 151regulador de capacidad 156regulador de presión de condensación 155regulador de presión de evaporación 151válvula para control de agua 157

relación de compresión 43para compresores helicoidales 63

rendimiento mecánico 40rendimiento volumétrico 43repuestos 193resistencia calefactora (del cárter) 11rotor de excéntrica 60rotor de paletas 60rotor primario 61rotor secundario 61

Ssalto térmico en evaporadores 113separador de aceite

sistemas de refrigeración por compresiónseparador de aceite 11

separador de líquido 17sistema de arranque RSIR 50sistemas de expansión directa 108sistemas de expansión indirecta 108sistemas de refrigeración por compresión 1

acumulador de aspiración 17alta y baja presión 3elementos complementarios 10elementos de seguridad y control 4elementos fundamentales 1fluido refrigerante 3funcionamiento de la instalación 9

funciones principales 2intercambiador de calor 18línea de retorno de aceite 12recipiente de líquido 12resistencia calefactora (del cárter) 11visor 16

subenfriador de líquido 57subenfriamiento

diagrama p-h 95importancia y efectos 95y potencia frigorífica 96

Ttemperatura de descarga 63

obtención por medio del diagrama p-h 64

térmico 48termómetro-termostato electrónico 8termostato 7termostato con depósito de gas 7torres de refrigeración 91

bomba de circulación del agua 93caídas de presión 93panel o relleno 91y condensador evaporativo, diferencias en

el montaje 95tubos al tresbolillo 108tubos capilares 128

características fundamentales 129sustitución 129

Uunidades condensadoras 59

Vvacío, prueba de 177válvula de agua controlada por presión 157

instalación de una 157válvula de alta presión 149

instalación de la 149válvula de baja presión 148

instalación de la 148válvula de intervención 165

montaje 165válvula de maniobra de tres vías 171

funcionamiento 172válvula de servicio de descarga 172

funcionamiento 173válvula de solenoide (o electroválvula) 7, 8válvula obús 164válvula para control de agua 157válvula rotalock 173

funcionamiento 173montada en un recipiente de líquido 174

válvulas de aspiración y descarga (compresor) 37

válvulas de expansión de flotador 148conclusiones 150válvula de alta presión 149válvula de baja presión 148

válvulas de expansión termostática con MOP 144válvulas de expansión termostáticas 129

carga del bulbo 139colocación del bulbo 137, 138conceptos genéricos 147funcionamiento 130


presiones que actúan 131recalentamiento 132selección 145

válvulas de expansión termostáticas con igualador externo 139, 140

caídas de presión 142filtro y tobera 142funcionamiento 141montaje del igualador externo 142

válvulas de expansión termostáticas con igualador interno 131

funcionamiento 134funcionamiento en un evaporador con

caída de presión 140

válvulas de seguridad 13válvulas de seguridad internas (compresor) 38válvulas de servicio 167

compresor abierto 168válvulas de servicio de aspiración 168, 169

carga de aceite a través de 182funcionamiento 169

ventilador-serpentín 110visor 16visor montado en paralelo 17volumen desplazado 44volumen desplazado por el pistón (cilindro) 39volumen total del cilindro 39

manual de refrigeración - escuela nacional fluvial · cuando tuve la ocasión de leer este libro,...

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